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卫星系统总设计师谈嫦娥二号所面临风险

2010年10月01日09:18科技日报我要评论(0)
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  按照计划,嫦娥二号卫星将于10月1日至3日择机发射。嫦娥二号卫星系统总设计师黄江川表示,与嫦娥一号相比,嫦娥二号的难度系数要大得多,也面临多重风险,目前已采取多种措施应对。

  能否顺利进入地月转移轨道

  能否顺利进入地月转移轨道,是嫦娥二号遇到的第一道难关。

  根据地球、月亮、太阳的运动规律,卫星进入地月转移轨道的窗口时间非常短,如果星箭分离时卫星没有准确进入地月转移轨道入口,将需要对卫星轨道进行调整,而这会使卫星上的燃料提前消耗。如果偏差过大,还将影响后续任务的执行。

  嫦娥二号火箭系统总设计师姜杰表示,针对这一关键技术,型号组织了第三方复核复算工作,保证技术状态受控。

  近月制动能否精准“刹车”

  点火发射后,嫦娥二号乘坐“直达电梯”向月宫飞奔而去。在这当中,第一次近月制动至关重要。

  按照计划,刹车成功后,卫星会处在近月点200公里、远月点8000公里左右的椭圆轨道上。这时候卫星不可能跑出月球的引力范围,成为一颗月球卫星。

  这当中面临的最大风险是能否精准“刹车”,即卫星通过近月制动能否被月球重力场捕获。

  黄江川说,如果“刹车”力量不够,卫星会飞出月球的引力范围,不能被月球捕获。相反,如果“刹车”力量过大,卫星就会撞上月球,后果不堪设想。

  他说,设计人员经过极其精确的分析求解,并建立了相关的数学模型,反复确认相关系统间的接口关系,找到了精准“刹车”的方法。

  卫星自主控制程序能否保证准确变轨

  嫦娥二号的一个特殊任务是从100公里的圆轨道过渡到近月点15公里、远月点100公里的椭圆轨道。这一动作一方面将验证卫星的测定轨技术,另一方面也对后续工程的备选着陆区进行高分辨率成像。

  嫦娥二号测控系统总设计师钱卫平说,月球运转的自转周期和它绕地球的公转周期一样,都是近1个月的时间,所以在地球上始终只能看到月球的一面,另一面则永远无法看到。嫦娥二号要成像的备选着陆区在月球的正面,就是月球朝着地球的一面。这样卫星必须在月球无法朝着地球的那一面变轨。而此时,地面的遥测信号无法进行传递,只能依靠卫星上已经设置好的自主控制程序进行。

  同时,如果点火时间过长,会造成卫星轨道低于15公里。根据人类现有月球探测数据,月球上最高的山在10000米以上。如果卫星点火的时机不对,就会加大卫星撞上高山的可能性。

  特殊空间环境是否影响通讯

  奔月过程中,嫦娥二号还将面临一项挑战——日凌现象。

  日凌是指太阳、探测卫星和地面站的数据接收天线恰巧在一条直线上,太阳产生的强大的电磁波将干扰地面站的天线接收卫星信号,从而造成通讯中断的现象。

  “还有一种风险来自月球具有的特殊空间环境。”黄江川所说的“特殊空间环境”主要是指月球表面的物质分布非常不均匀,造成月球不同区域的重力场并不一样。因此,卫星在轨运行期间,其轨道要经常进行维护。

  此外,太阳每11年左右都有一个活跃期,会形成太阳风暴。这对卫星会造成多种效应影响,如果严重的话可能造成电子元器件或者设备损坏。在嫦娥二号在轨运行的预定时间内,正好临近太阳风暴活跃期,卫星也将面临这方面的挑战。

  黄江川介绍,技术人员在产品设计和研制过程中已经考虑到了太阳风暴的可能危害,并做了一些抵抗性试验,加强了卫星这方面的抵抗能力。

  钱卫平说,一旦出现日凌现象,会提前把一些需要执行的指令通过注入,把它提前放在星上,即使我们看不到卫星,卫星也能按照我们预先设置在星上的指令去正常执行,保证卫星的安全。

  悬殊温差如何应对?

  与嫦娥一号200公里环月轨道不同,嫦娥二号的环月轨道调整为100公里圆轨道和100公里×15公里椭圆轨道。“经我们验证证实,和200公里轨道相比,100公里轨道上的热流增加了20%至30%。”黄江川表示,嫦娥二号的100公里轨道工作环境将面临100摄氏度左右的高温,冷暖差异将达300摄氏度左右。

  如何抗拒来自太阳光的高温照射,又如何抵御冰点以下的寒冷?嫦娥二号热控系统主任设计师向艳超介绍说,团队给卫星设计了由十几层薄如蝉翼的覆膜组成的金色“嫁衣”,这件外衣有着特殊的结构,可以传导星内的热量,有效形成星内热平衡环境,嫦娥二号穿上它,就如置身在四季如春的空调间。

  太阳翼是否会失效

  处于工作状态的卫星基本上都是靠太阳翼来供电,太阳翼也是最直接接触外部环境的卫星部件。

  一般情况下,卫星的太阳翼会自动调整至与太阳光垂直的角度,以保证太阳光线能够直射到太阳翼上。

  “但是,嫦娥二号处在高温环境中,太阳光的持续直射可能造成帆板温度过高而失效。”卫星GNC系统主任设计师戴居峰说,国外已经有探月卫星因为太阳翼失效而导致整星失踪。

  他介绍,为了使嫦娥二号的太阳翼帆板在高温环境中保持良好的工作状态,技术人员采用多种方法来保护帆板。

  (本报西昌9月30日电)

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