火星定製！長五預裝42條軌道，飛出中國火箭最快速度
來源：中國航天報
7月23日，長征五號遙四運載火箭與地球完成最後的告別，在一片紅色的火光和白色的水氣中拔地而起，邁出了中國人探索地外行星的第一步。
航天科技集團一院研製的長征五號運載火箭起飛推力1000噸，作為我國目前推力最大的火箭，既能將大型衛星送上3.6萬公里的地球同步軌道，能送嫦娥五號探測器前往38萬公里外的月球取回月壤，還能送航天器飛向更遙遠的火星。
中國文昌航天發射場
中國的火星探測器踏上征途，它將在未來半年多的時間裡朝著火星奔去，讓中國航天的步伐邁向更遙遠的深空。
此次任務將通過一次發射，實現火星「繞著巡」任務，對火星開展全球性、綜合性的環繞探測，並在火星表面開展區域巡視探測，向世界帶來中國人在火星上收穫的科學成果。
10分鐘窄窗口，預裝42條發射軌道
在世界各國首次探測火星的航天器中，「天問一號」火星探測器以5噸的體重位列第一，比「嫦娥四號」月球探測器重了一噸多，是目前我國發射的重量最重的深空探測航天器。
「依靠長征五號強大的運載能力，我國行星探測之旅將站上一個新的起點，通過一次發射實現對火星的『繞著巡』三項目標，是起點很高、含金量十足的第一次，將使我國深空探測的腳步從月球邁向行星，正式開啟行星探測時代。」一院黨委書記、長征五號火箭第一總指揮李明華說。
火星探測器與長五火箭二級分離時，將進入近地點高度200公里的地火轉移軌道，速度（11.5公里/秒~11.7公里/秒）略超過第二宇宙速度（11.2公里/秒），逃脫地球引力束縛。而以往長五發射的載荷基本在地球軌道範圍內，分離時達到第一宇宙速度7.9公里/秒即可。
「此次發射火星探測器，是長征五號火箭第一次飛出第二宇宙速度，創下了我國運載火箭的最快速度。」長征五號火箭總設計師李東介紹。
長征五號運載火箭
雖然發射窗口選擇在火星與地球距離較近的時候，但它們的相對位置仍在時刻變化。從發射場到地火轉移軌道的近地點，這兩點之間的軌道也是一直變化的，這就不同於以往深空探測中只有固定的一條軌道。
長征五號運載火箭副總設計師婁路亮介紹，火星處於不斷運行移動的狀態中，如果把發射比作打靶，那麼這次「打靶」打的是移動目標，因此沒有一個固定位置讓你瞄準，要隨著目標的移動來瞄準。
為了精確入軌，火箭研製團隊給火星探測器「私人訂製」了精細化的「窄窗口、多軌道」設計，將火箭每天30分鐘的發射窗口細分成3個10分鐘的窗口，每個窗口預裝1條發射軌道，7月23日到8月5日，14天的窗口期內一共設計了42條發射軌道，將軌道偏差控制在非常小的範圍內。婁路亮表示，這在中國航天的發射歷史上是絕無僅有的，創造了單次發射軌道設計數量的新紀錄，並首次實現了發射軌道的自動切換。
火箭總體副主任設計師劉秉進一步解釋，火箭具備很強的自主能力，依據發射時間，對預裝好的軌道程序進行自動切換。「發射時間是幾點幾分，對應哪個窗口、該選擇哪條發射軌道，智能化的火箭都能自主完成，不需要人工操作。」
除此以外，長五火箭僅進行了整流罩操作口、透波口的例行更改。
劉秉表示，長五火箭採用的是通用化設計，在前期研製、驗證過程中，已經把後續任務可能遇到的情況考慮進去，基本不需要根據某一個任務去專門做出大的改變。
以整流罩為例，在研製初期和前期試驗中，就把所有可能需要的功能都考慮到了。有的載荷需要整流罩上有透波窗口，如果等載荷提出需求再去更改、做試驗，不僅影響進度，還會增加研製成本。這次的「乘客」火星探測器就需要有透波口，在火箭發射時與地面保持無線電信號傳輸。
火箭芯二級-整流罩
在這次任務之前，長五系列火箭已完成4次飛行試驗，對後續探火、探月要用到的關鍵技術進行了重點考核，目的就是在正式執行國家重大任務時，盡量少出現新的技術狀態，提高可靠性，降低執行重大航天工程任務的風險。
例如，這枚火箭箭體上有7~8個大的部段在之前經過了「瘦身」，「瘦身」後的部段在長五B遙一火箭首飛時已經驗證過。而在本次發射中，火箭末子級在第二次點火前要經過長時間的滑行，這種長時間滑行的技術在長五遙三火箭發射任務中也通過了驗證。
一年之內4次起飛，密集發射的長五
長征五號遙四火箭發射任務是我國第一次執行地外行星軌道探測器的發射任務，也是長征五號火箭第一次執行正式的工程應用發射任務，需要直接將火星探測器送入地火轉移軌道。
該型火箭已經先後完成了高軌大衛星、載人飛船試驗船以及深空探測器三類航天器的發射，成為長征火箭家族中唯一可以勝任三種任務類型的火箭。在一院院長王小軍看來，長征五號火箭進入工程應用階段，將有力支撐國家重大航天工程的實施，對加快推進航天強國建設發揮重要作用。
此前，長征五號遙三火箭和長征五號B遙一火箭連續發射成功，標誌著長征五號火箭關鍵技術瓶頸已經完全攻克，火箭各系統的正確性、協調性得到了充分驗證，火箭可靠性水平進一步提升。「此次執行應用性發射任務，意味著長征五號火箭正式進入『服役』狀態。」長征五號火箭總指揮王珏表示。
這一次發射，除了要求火箭發射成功，載荷也要成功完成使命才能算任務成功。如果說之前的發射是參加奧運會考核選拔的「預選賽」，那麼這次發射就是真正站在了奧運賽場上，以最成熟的技術和最強大的實力迎接考驗。
長征五號火箭出箱
但考驗仍不止於此。
這一次，長征五號遙四運載火箭發射我國首個火星探測器，並通過一次任務實現對火星的環繞、著陸和巡視探測。探測器發射後，大約需要七、八個月的時間才能飛抵火星。
而預計今年年底前，長征五號遙五火箭還將擇機發射「嫦娥五號」月球探測器，將重達8噸多的「嫦娥五號」直接送入地月轉移軌道，「嫦娥五號」落月後將實現首次月面無人採樣返回。在更遠的深空探測和更重的探測器發射任務上，長征五號火箭是不二之選。
算上2019年12月底長五遙三發射和今年5月初的長五B首飛，近一年的時間內長五系列火箭要完成4次發射任務。
此外，預計明年長征五號B遙二火箭還將發射我國載人空間站的核心艙。作為我國空間站核心艙和實驗艙的「專屬列車」，長征五號B運載火箭系出「長五」名門，是我國首個採用一級半構型的新一代大型液體運載火箭，專門為載人航天工程空間站建設而研製，將在未來兩到三年時間內，完成我國空間站艙段的發射。
婁路亮直言：「雖然長五是個新型號，但一下就進入了高密度的發射狀態」。對於長征五號這樣規模龐大、系統複雜的大型火箭而言是極具挑戰的，在產品研製、總裝測試、技術管理和發射保障等方面都有很高的要求。接下來的任務，對團隊來說時間尤為緊張。
為了應對長五火箭的高密度發射任務，火箭研製團隊採取雙線作戰方式，一半人馬在發射場執行發射任務，另一半人馬在後方為下一發任務做好準備，提高了工作效率，保證任務進度。
這次火星探測器發射成功後，發射場的火箭團隊就要回到後方準備長五B遙二火箭的出廠，而後方的團隊則進入文昌發射場，準備執行下一發的「嫦娥五號」發射任務。
長征五號火箭試驗隊員
未來，長征五號火箭還將在發射高軌道大衛星方面迎來更大「舞台」，與長征三號甲系列火箭共同構成發射高軌道衛星的能力階梯。李東表示，我國未來高軌衛星重量可以達到8噸左右，只能通過長征五號火箭實施發射。同時，在搭配合適的上面級後，長征五號火箭也可以用一箭雙星的形式，同時發射兩顆5.5噸重的高軌衛星。
步履不停，書寫中國高度
長征五號運載火箭取得的高光時刻，是一群不畏艱險、含淚奔跑、敢於勝利的人撐起來的。
這支團隊，歷經十年艱辛，從立項到研製，讓中國一步邁進大火箭國傢俱樂部；這支團隊，陷入過至暗時刻，在908天中含淚奔跑，讓中國最強火箭浴火重生；還是這支團隊，和時間比速度，搭建中國人追求月球、火星和空間站的夢想天梯，不斷刷新中國人能夠抵達的「高度」。
2020年年初，一場新冠疫情席捲了全國。當時，中國航天兩次火箭發射失利，質量形勢陡然嚴峻起來……
全力防控疫情、保障任務的同時，航天人還面臨著前所未有的質疑，和「不能再失敗」的巨大壓力。誰來打贏這「觸底反彈」的第一槍？關鍵時刻，長五團隊挺身而出。
長征五號B運載火箭首戰告捷。這一戰，是我國載人空間站工程的「首戰」，更是中國航天扭轉被動局面的「首戰」和「最關鍵的一戰」。有史以來任務周期最長、面臨困難最多、承受壓力最大的一次發射任務取得圓滿成功，長五團隊用實力回擊了一切對於中國航天的質疑，一掃陰霾。
當長五B任務團隊在前方酣戰的同時，長五研製團隊的另一半人馬正在後方克服疫情帶來的種種不便，全力以赴為長征五號遙四火箭的按時出廠緊張忙碌。
5月5日，長五B火箭首飛成功，有史以來任務周期最長、面臨困難最多、承受壓力最大的一次發射任務取得圓滿成功，長五團隊用實力回擊了一切對於中國航天的質疑，一掃陰霾。
「失敗了，我們沒時間悲傷，成功了，也只能高興兩個小時。」這是很多航天人掛在嘴邊的話。長五B首飛發射成功後，來不及慶祝，研製團隊立即投入到長征五號遙四任務中——因為火星探測的發射窗口是固定的，後線不能推。
5月的海南，平均氣溫高達32℃，濕度在80%以上，正值「桑拿天」。就算什麼事都不做，待在戶外也會大汗淋漓。地面設備恢復作業在沒有任何遮擋的戶外進行，烈日的炙烤下，火箭試驗隊員們衣服早已被汗水濕透，沒有人顧得上酷暑，都在爭分奪秒，和時間賽跑。
他們當中，有中暑後經過短暫休息和治療，又返回工作崗位接著乾的；有嚴重脫水，靠喝補鹽液堅持的；有突發腎結石，忍著鑽心疼痛完成工作才到醫院就診的；有時常加班到半夜，第二天一早醒來又接著乾的……
大部分人自長五B火箭首飛任務開始，就在發射場工作，已經連續奮戰了100多天，有試驗隊員春節之後就沒離開過中國文昌航天發射場，一直堅持到7月底。他們全力以赴，克服各種困難，提前完成了地面設備恢復任務，為探火任務創造了更加有利的發射條件。
7月23日，長五遙四火箭托舉火星探測器，邁上了探火之路，刷新中國深空探測紀錄，飛出全新的「中國高度」。
