[科普中国]-入轨精度

基本概念

入轨精度，是有效载荷实际运行轨道与预定轨道的偏差，是运载火箭控制系统的重要指标。有效载荷轨道的主要参数有：长半轴、偏心率、轨道倾角、近地点辐角、升交点赤经。入轨精度有时只对某些轨道参数有一定要求，因此运载火箭能够满足有效载荷入轨精度要求，并且有一定余量。但随着航天发射服务市场的发展，反映有效载荷轨道参数偏差的类型越来越丰富，入轨精度的要求越来越高，例如轨道高度、轨道周期要求等。1不同用户提出不同轨道参数要求，因此单纯有5大要素的入轨精度已经不能满足用户要求，必须提供轨道参数误差的协方差阵。

影响入轨精度的主要因素影响有效载荷入轨精度的主要因素有以下几种：

制导系统方法误差制导系统方法误差主要是由于制导方案不完善而造成的。当存在外干扰作用时，就产生制导系统方法误差。一般外干扰有：火箭起飞质量偏差、发动机秒耗量偏差、比冲偏差、推力偏差（其中只有二项是独立的），其次还有发动机推力线偏斜（横向、法向）、发动机推力线横移（横向、法向）、质心横移（横向、法向）、风（纵风、横风）、气动参数偏差（如阻力、升力等）。

制导系统工具误差由于参与控制的敏感（测量）仪器，如平台系统的陀螺和加速度表的误差，造成的轨道偏差称为工具误差。

加速度表本身的测量误差也是造成制导工具误差的主要因素。一般加速度表的误差包括：安装误差、零次项误差、比例误差及高次项误差；陀螺仪误差有零次项、一次项漂移；平台误差有静态误差和动态误差等。

非制导误差非制导误差一般包括如下几方面：

（1）后效误差：制导控制结束以后，由发动机后效工作段产生的误差。它主要是实际发动机推力变化规律同理论后效推力变化曲线的偏差造成，一般运载火箭采用末修控制，大大减小了后效误差的影响。

（2）瞄准误差：由地面或者其他初始对准设备造成的误差。

（3）引力异常的影响：由实际地球引力场同标准地球引力场的偏差造成。

（4）起飞零点的影响：火箭准时起飞是保证升交点赤经精度的重要因素。准确确定发动机工作时序，以及准确的出火箭起飞触点接通时间是火箭准时起飞的重要条件。

（5）提前断调平瞄准时间的影响：提前断调平瞄准的时间将对平台基准产生很大的影响，目前该影响在弹道计算中修正，或者在箭上计算机进行制导系统实时补偿，使提前断调平瞄准时间的影响减小到最低程度。

（6）姿态控制影响：在没有制导控制的动力飞行段，或者制导控制不完善时（没有全程控制），姿态控制（采用力矩控制）也会对轨道参数产生偏差。

（7）导航计算机初始条件的偏差：导航计算的初始条件，如火箭起飞时的时间、惯性系中初始速度和位置的偏差，将对轨道参数产生一定的偏差。

（8）其他误差：如地球地理常数，大地测量参数的误差等。2

长三乙助入轨精度提高3倍多2007年，长三甲火箭用了14天托举嫦娥一号奔月。

2010年，长三丙火箭将嫦娥二号直接送入地月转移轨道，奔月之旅只用了5天。

2013年12月2日凌晨，此次负责托举重量更重、体积更大的嫦娥三号探测器飞天奔月的，则是我国长征系列火箭中运载能力最强的“大力士”——长三乙增强型火箭。

通过高精度制导控制技术，长三乙增强型火箭可使嫦娥三号入轨精度较嫦娥二号提高3倍多。科研人员采用双激光惯组加卫星导航修正的复合制导技术，相当于给火箭安了 “两只眼睛”，一只眼睛使火箭按照设计好的轨道飞行，另一只眼睛精确计算最佳途径，并随时修正。

“要‘长途跋涉’把3780公斤的 ‘嫦娥’精准地送入远地点38万公里的地月转移轨道，已达到长征三号乙火箭的运载能力极限。长三乙增强型的起飞推力是600吨，要提高载荷能力，火箭自身必须‘瘦身’。”嫦娥三号探测器火箭系统总指挥岑拯说。

中国航天科技集团公司运载火箭技术研究院为长三乙量身制定了三子级氢氧贮箱减重方案。贮箱的自重就像“脂肪”，承载的燃料就像身体蕴含的能量。在能量不变的情况下，“脂肪”越少，运载能力也就越大。

为此，运载火箭技术研究院首次采用新型机械壁板铣的方式。这种方法铣出来的壁板光滑、精度高、厚度误差在0.1毫米之内。正是这样的精雕细琢，使得贮箱成功减重50公斤。

与发射神舟十号用的长二F火箭相比，长三乙增强型增加了一个三子级。这级火箭由两台氢氧发动机和若干台姿控发动机组成。“氢氧发动机使嫦娥三号奔月之旅更加稳健。”六院副院长刘志让说。