太图之声（第1328期）▏馆员讲书《月背征途》5
2023年05月24日 11:30:18
编辑撰稿人
吴静波
太原市图书馆办公室主任、副研究馆员
播讲人
张茹
太原市图书馆多媒体服务部主任、副研究馆员
思维导图
登陆月背：惊心动魄72小时（上）
2018年12月8日2时23分许，“嫦娥四号”搭乘“长征三号乙”火箭，从中国西昌卫星发射中心发射升空，开始奔向月球背面。12月12日，“嫦娥四号”经过约110小时奔月飞行，到达月球附近，并在飞控中心的精确控制下成功进入环月飞行轨道。
回首“嫦娥四号”登陆月背的旅程，看似一切都很顺利，实际上一波三折，有很多让人惊心动魄的故事。
不平凡的登月之路
意外发生
俗话说，天有不测风云。“嫦娥四号”的奔月之旅完美开局后不久就出现了突发状况。
2018年12月8日上午9时，正当飞控专家们审议第一次中途修正控制策略时，一个紧急情况传到了会场，探测器燃料意外泄漏。初步计算的燃料损失量已经远超推进剂设计余量，这意味着如果还按照前期反复论证和演练的轨道控制方案，“嫦娥四号”将无法安全落月，从而直接导致整个任务前功尽弃。
这时现场一名专家提出，如果把每个阶段的预留余量都拿出来，还差将近10千克燃料，建议从动力下降的燃料中再抠出10千克进行补充。
对此，飞控中心主任、“嫦娥四号”任务测控通信系统总指挥坚决反对：“动力下降关系落月安全，别说10千克了，就是1克也不能抠。”总指挥的态度不容置疑，但他也同时给出了另外一个解决方案：“整个轨道控制方案是飞控中心轨道专家组和探测器系统共同设计的，现在最好的方法是让他们重新设计一个更安全的控制方案。”
故障通报后不到2小时，轨道专家组就给出了一套初步可行的应急轨道重构方案。在之后的几天里，他们通宵达旦地连续奋战，一边对方案进行反复推敲、改进优化，持续减少控制量，一边用改进的联合优化控制计算软件分析验证，一套精确成熟的轨道重构设计方案终于如期交付，并顺利通过了评审。
令人惊叹的是，直到2019年1月3日实施动力下降时，“嫦娥四号”仍有近3千克的推进剂节余，没有动用1克动力下降燃料。
然而，此时专家组提出了一个新的疑问：探测器一共有4个燃料储箱，包括2个氧化剂贮箱和2个燃烧剂储箱，分布在探测器两侧，由于一侧的燃烧剂出现了泄漏，探测器重心发生偏移，产生了较大的干扰力矩，影响落月的安全性。这又给飞控中心出了一个大难题，经过反复研究，最终决定在两次环月轨道修正时采用单个氧化剂贮箱和单个燃烧剂储箱供给的方案，以修正燃料储箱不均衡的问题。
同时，为了保证两个氧化剂储箱消耗的一致性，对第一次环月轨道修正的轨道目标再次进行调整，改为“两步走”方案：第一步是在第一次环月轨道修正时将“嫦娥四号”轨道从100千米×430千米调整到100千米×260千米的椭圆轨道；第二步是在第二次环月修正时再将轨道调整为100千米×100千米的近圆轨道。而且每次都使用单侧储箱工作消耗较多的一侧，从而达到重心调整的目的。这样的控制方案既解决了燃料储箱重心不平衡的问题，还能保证动力下降时刻不变。
精确瞄准落点
根据飞控中心制订的轨道修正方案，“嫦娥四号”将于第二次环月轨道修正8天后到达冯·卡门撞击坑的预定区域。
事实上，“嫦娥四号”从中国西昌出发，经过连续25天几十万千米的长途旅程，历经坎坷，一波三折。最终，在飞控中心精准的控制下，它到达冯·卡门撞击坑上空预定动力下降点时与计划时间仅仅差了19秒，按时到达预定终点。
至此，降落月球背面的各项准备工作已经就绪，只等“嫦娥四号”落月时刻的到来。
惊心动魄72小时
环月降轨
从距离月球38万千米之遥的地球到距离月背100千米的环月轨道，“嫦娥四号”离月背越来越近了。
根据既定方案，“嫦娥四号”要从距月面15千米处开始动力下降。因此，飞控中心首先要对它进行环月降轨控制，将“嫦娥四号”的飞行轨道从100千米×100千米的圆形轨道调整为100千米×15千米的椭圆轨道。
实施降轨控制前，飞控轨道专家们经过反复测算发现，按照当前的飞行状态，“嫦娥四号”虽然可以准确进入动力下降的起始点，但是时间上会比预定计划晚50秒。尽管这个时间满足不超过1分钟的误差约定，完全在可控范围内，但飞控轨道专家们综合考量后续可能产生的控制误差，决定再次调整环月降轨控制策略，进一步提高控制精度，修正时间偏差。
2018年12月30日8时53分许，“嫦娥四号”发动机点火，按照飞控中心新制订的策略实施15千米环月降轨控制。5分钟后，轨控标定结果显示，“嫦娥四号”成功进入100千米×15千米的环月椭圆轨道。根据最新的轨道参数推算，“嫦娥四号”进入动力下降起始点的时间偏差不会超过20秒，远远满足任务精度要求。
倒计时6小时
2019年1月3日凌晨4时左右，距离“嫦娥四号”实施动力下降还有6小时。
又一个新的情况出现了，根据最新地形文件及动力下降打靶分析结果，发现预定着陆点附近的地形不利于探测器落月，需要将落点位置向南调整1.7千米。
根据“嫦娥四号”运行轨道分析，只能通过调整动力下降时刻来规避不利地形。轨道专家组立刻展开“动力下降时刻对落点影响”的分析。调整参数、输入模型、计算分析……在不到10分钟的时间里，一个将动力下降时刻推迟1秒钟以实现落点向南调整1.7千米的崭新方案出炉，并交由任务现场的飞控组专家们审议确定其可行性。
凌晨5点，新的动力下降注入数据迅速生成并通过复核，一切准备就绪。
2019年1月3日上午10时15分，激动人心的时刻终于到来了，动力下降开始的指令从飞控大厅里发出，通过“鹊桥”中继星，发送至远在38万千米之外的环月轨道上的“嫦娥四号”，7500牛变推力发动机准确开机，动力下降开始。
此时，“嫦娥四号”在距离月背表面15千米的近月点以大约 1.7千米/秒的速度环月飞行，在7500牛发动机反推作用下，相对月球的飞行速度正逐步下降。
约5分钟后，“嫦娥四号”携带的降落相机开机，图像通过“鹊桥”中继星传回地面，此时，它已经可以清晰地看见月背这片神秘之地了。
月面越来越近，2019年1月3日10时26分，“嫦娥四号”稳稳地落在月球背面南极艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内，中国成为世界上第一个成功实现月球背面软着陆的国家！
经过飞控中心的精确计算，中国首次获得“嫦娥四号”的落月点的坐标为东经177.57°、南纬45.46°，这也是人类首次到达月背的精确位置坐标，在人类探月征程中具有重要的里程碑意义！
《月背征途：中国探月国家队记录人类首次
登陆月球背面全过程》馆藏信息
书名：《月背征途：中国探月国家队记录人类首次登陆月球背面全过程》
作者：北京航天飞行控制中心
出版社：北京科学技术出版社
出版时间：2021年1月
页数：233
价格：88.00
ISBN：978-7-5714-1220-3
索书号：V1-49/1021
馆藏地点：自科借阅区；太图自助图书馆；网借书库（成人）
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