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五大系统负责人解读嫦娥二号探月任务

2010年10月1日 16:48

来源:新华网 作者:李清华、白瑞雪、田兆运、何宗渝、王玉山 选稿:王逾婷

  东方网10月1日消息:作为中国探月工程二期的先导星,嫦娥二号将飞向月球,执行二期工程部分关键技术试验和继续月球科学探测研究的任务。

  与三年前的嫦娥一号飞行相比,这次任务有什么不同组成工程的各系统发生了什么样的变化来自探月工程五大系统的负责人对此作出全方位解读。

  卫星:“探路先锋”与月球更“亲近”

  【记者观察】中国空间技术研究院研制的卫星,加上中国科学院研制的有效载荷,共同组成了“嫦娥二号”卫星系统。金黄色的立方体外表,很有些科幻味道。这颗被航天人称为“嫦娥二姑娘”的卫星跟嫦娥一号大小完全相同,与大多数地球同步轨道卫星和“神舟”飞船相比,则娇小得多。

  【专家解读】如果说嫦娥一号是为中国人开启通往月球之路的钥匙,嫦娥二号就是实现最终目标的又一“探路先锋”。嫦娥二号卫星总设计师黄江川介绍,仅从工程角度而言,这颗卫星的主要任务是验证距月面100公里近月制动的月球轨道捕获技术、验证100公里×15公里轨道机动与飞行技术等6项关键技术。

  沿着科学家们设计的奔月“快速路”,嫦娥二号不再像嫦娥一号那样在环绕地球的椭圆轨道上“逗留”数天,而是直接从地月转移轨道飞向月球,奔月时间从12天缩短为5天。黄江川说,除此之外,这颗卫星环月飞行的高度由嫦娥一号的200公里变为100公里,距月球更近。在轨工作期间,它还将降轨至15公里高度,对嫦娥三号备选着陆区进行拍摄。

  这颗卫星的设计寿命是半年。对于半年之后它的“归宿”,黄江川说,落月、飞到更远的星空或是飞回地球轨道,需要在它在轨运行进行到一定阶段时才能决定。

  火箭:新“搭档”瞄准“移动靶”

  【记者观察】同样来自中国运载火箭技术研究院,长征三号丙就像“金牌火箭”长征三号甲的孪生兄弟,只是多出两个助推器,如同两枚尾翼镶嵌在芯一级底部——这种“非全对称”式的外形,在“长征”系列火箭里是唯一的。这一结构上的变化,把火箭的运载能力从2.65吨提升到了3.8吨。

  作为嫦娥卫星的新“搭档”,这枚火箭在嫦娥飞行中的“亮相”同样短暂:天气晴好的话,肉眼能看到发射后约146秒时的一二级分离;云层如果过厚,火箭仅几秒钟就会“消失”在人们的视线里。它的结局与“前任”也是相似的:在完成把卫星送入预定轨道的任务后,火箭将以自我牺牲的方式坠落。

  【专家解读】之所以改用长征三号丙火箭作为嫦娥二号卫星的运载工具,是为了实现工程的第一项目标:突破火箭直接将卫星发射至地月转移轨道的发射技术。缩短卫星的奔月路程和时间,看上去是多“送”了卫星一程,其实是以更大的推力给了卫星更高的初始速度。

  火箭系统总指挥岑拯说,轨道的特殊性要求更严格的发射窗口。通讯卫星几乎每天都有发射机会,嫦娥二号一年中却只有几天能够发射,因此,确保准时发射对于火箭至关重要。为此,火箭工作人员在确保设计质量正确、确保地面试验充分、确保火箭与各大系统结合协调上下足了工夫。同时,火箭还对遥测参数、延时存储器等进行了调整,以满足“嫦娥二号”卫星精确入轨的要求。

  “这是我们第一次执行到地月转移轨道的发射任务。如果说以往的发射是打固定靶,这次就是打移动靶。”岑拯说。

  发射场:“零窗口”一如既往

  【记者观察】这是中国人已经熟悉的一幕:乳白色的火箭乘着橘红色的火焰腾空而起,背景或是大漠孤烟,或是青山夕阳。后一种画面,就是西昌卫星发射中心的发射场。发射嫦娥二号的是二号塔架。以其97.7米的高度和发射长三甲系列火箭的全覆盖能力,这座建于1990年的发射架被称为“亚洲第一塔”。距离二号塔直线距离150多米处,矗立着曾把嫦娥一号送上天的三号塔架。这两座塔架已经成为西昌著名景点。

  【专家解读】发射场是嫦娥卫星飞天的港湾,也是火箭、卫星的“体检中心”和“加油站”。发射场系统总指挥李尚福说,为确保嫦娥二号发射成功,发射场进行了包括更新测量雷达、更新遥测系统、改造光学仪器、优化加注系统等在内的上百项技术改进,进一步提高了可靠性和整体发射能力。

  与嫦娥一号一样,嫦娥二号发射瞄准的是“零窗口”。李尚福说,在35分钟的窗口时间内,“零窗口”发射能比按照窗口后沿发射节省180公斤卫星燃料。对于所携燃料仅1300多公斤的嫦娥二号卫星来说,这一点弥足珍贵。

  测控:让“风筝”飞得更远

  【记者观察】北京航天飞行控制中心、西安卫星测控中心、远赴大洋的海上测量船、建于南美测控站以及欧洲空间局所属测控站……北京飞控中心指控大厅长12米、宽4米的巨幅显示屏上,测控系统的各单元构成了一幅完整的画面。90多台工作台加上身着蓝色防静电工作服的工作人员,又是一个数字化的方阵。

  【专家解读】精确测轨和准确的轨道控制,是嫦娥二号测控的最大难点。增加一艘远洋测量船、优化轨道控制策略、研制S/X频段统一测控系统、改造青岛站和喀什站……测控系统的种种改进,都是围绕这一点。同时,测控系统预设了卫星入轨异常、变轨未能实施或滞后实施、发动机故障等共106种预案故障模式,制定了153种故障处理对策。

  更令人瞩目的是嫦娥二号肩负的一项重要任务——验证对嫦娥三号至关重要的X频段测控技术。

  “X频段具有频率高、传输带宽宽等特点,是未来深空探测的主用频段。”测控系统总设计师钱卫平介绍说,在嫦娥二号卫星上搭载X频段应答机,与中国X频段地面测控设备配合验证X频段测控体制,将为嫦娥三号任务积累测控经验,为未来更远的深空探测奠定技术基础。

  “有了这个频段,我们可以用更小的设备、更低的功率传输更多的数据,可以走得更远。”钱卫平说。他同时透露,中国深空测控网建设已经启动,未来几年,将具备承担太阳系内航天器测控任务的能力。

  “飞行器是风筝,测控通信系统是风筝线,我们地面控制人员就是放风筝的人。”钱卫平说。

  地面应用:给月球来个“特写”

  【记者观察】走进嫦娥二号任务地面应用系统的总部——国家天文台运控中心,如同走进破译嫦娥卫星“密码”的“大脑”。从开始奔月起,嫦娥二号获得的探测数据就源源不断传输到这里。它们结出的科学之果,会被这里的科学家们毫无保留地捧到中国和世界的公众面前。广场上那座精钢雕塑所展示的,正是这个再次被人们关注的话题——“嫦娥奔月”。

  【专家解读】获取月球表面三维影像、探测月球物质成分、探测月壤特性、探测地月与近月空间环境……嫦娥二号的科学探测任务,似乎与嫦娥一号并无明显区别。但,探测的内容更多了,精度更高了。

  地面应用系统总指挥刘晓群说,针对这个目标,置于嫦娥二号卫星平台内的有效载荷发生了多处变化。嫦娥一号有效载荷8种,嫦娥二号则为7种。尽管嫦娥一号原有的干涉成像光谱仪被取消,但嫦娥二号的激光高度计、X射线谱仪等进行了适应性改造。

  与嫦娥一号到达近月轨道才打开有效载荷所不同的是,嫦娥二号更加“勤奋”,一边奔月一边展开有效载荷工作,从而更好地探测地月空间环境。而地面数据接收系统接收速率的提高,则为预计比嫦娥一号更多的数据建立起了一条更为顺畅的传输通道。

  嫦娥二号所携CCD相机的分辨率有了量级性提高,从120米提高至优于10米。刘晓群说,嫦娥一号拍下了中国人的第一幅月球全图,距月球更近的嫦娥二号必将获取更为清晰的月图,尤其是嫦娥三号预选着陆地区的高分辨率图像。

  刘晓群同时坦承,嫦娥一号月图出现瑕疵不是有效载荷的问题,而是后期处理时由于时间过于紧张出现的拼接错误。“我们汲取教训,再也不会出现这样的失误。”

  刘晓群说:“嫦娥一号准备的故障预案没有用上。这次我们制定了十几个故障预案,希望也用不上。”