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嫦娥再出发:中国探月工程由一期迈入二期

2010年10月01日16:59瞭望袁元我要评论(0)
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《瞭望》文章:“嫦娥二号”领跑探月二期

“嫦娥二号”任务就像是一期工程向二期工程的一个跳板,既继承了“嫦娥一号”卫星的许多成熟技术,又根据任务目标的不同,增加了很多新技术,对探月工程起到承上启下的作用

文/《瞭望》新闻周刊记者袁元

实习生丁慧娜

9月27日下午,在位于北京航天桥的中国航天科技集团公司会议室里,来自中央、地方的数十家媒体正在聆听航天科技集团公司的有关负责人详解“嫦娥二号”卫星的诸多看点。

材料袋中,除了一本刚刚赶印出来的厚达230页的新闻素材外,一个微型模型格外引人注目——“长征三号”丙火箭托举着“嫦娥二号”卫星,等待着飞向太空。

这是在“嫦娥二号”奔月前,航天科技集团公司在北京举行的最后一次大型记者见面会,此后的报道协调重心将移往川西南峡谷深处的月亮城——西昌。

随着“嫦娥二号”奔月进入倒计时,本刊记者了解到,包括“嫦娥二号”卫星、“长征三号”丙运载火箭等在内的五大系统准备工作已基本就绪,正在做发射前的测试准备。此时,不仅是西昌卫星发射中心正在紧锣密鼓地做着最后的准备,北京各相关部门,包括新闻媒体也开始进入“临战”状态。

围绕“嫦娥二号”的采访,《瞭望》新闻周刊已开展近两个月。7月末,本刊与航天科技集团正式签署报道保密协定,随后就开始逐渐接近并深入采访“嫦娥二号”研发核心领域。

7月末,本刊记者走访中国航天科技集团公司所属中国运载火箭技术研究院,托举“嫦娥二号”升空的“长征三号”丙火箭正是在这里孕育研制而成的;

9月初,本刊记者探访曾将58颗卫星送上天的西昌卫星发射中心,“嫦娥二号”卫星将在这里实施飞行任务;

进入9月中旬,采访安排日益密集起来。在中国航天科技集团公司的办公室内,中国探月工程原总设计师、现高级顾问、中国航天科技集团公司高级技术顾问孙家栋院士,中国探月工程副总设计师、中国航天科技集团公司科技委副主任于登云,中国航天科技集团公司宇航部部长赵小津先后接受了本刊记者采访。

9月26日早晨,本刊记者再次走访“嫦娥二号”卫星抓总研制单位——中国航天科技集团公司所属的中国空间技术研究院,并在位于北京西北郊航天城的北京航天飞行控制中心里,见到了叶培建院士。他曾是“嫦娥一号”卫星总指挥兼总设计师,现为“嫦娥二号”卫星顾问。刚刚开完班前会的叶培建院士接受了《瞭望》新闻周刊的专访。

“嫦娥二号”,由此一步步揭开了神秘的面纱。

从备份星到先导星

“‘嫦娥二号’卫星是以‘嫦娥一号’卫星的备份星为基础研制的,它是我国探月工程二期的探路者或叫先导星,对探月工程具有着承前启后、继往开来的作用。”叶培建告诉本刊记者,中国的探月工程又称“嫦娥工程”,规划为“绕”、“落”、“回”三期,计划在2020年前依次完成绕月探测、落月探测和无人采样返回。

采访中,于登云介绍说,一期“绕”,其主要目标是开展月球表面的全球性和综合性环绕探测,已由“嫦娥一号”卫星圆满实现;二期“落”,主要进行探测器月面软着陆,实现月面就位探测和月面自动巡视勘察,主要由“嫦娥二号”卫星和“嫦娥三号”探测器实现;三期“回”,主要目标是实现月球样品的无人采样返回地球,在地面开展科学研究。这三期工程是相互关联、循序渐进的,前一期工程是后一期工程顺利实施的前提和基础。

“现在的‘嫦娥二号’是‘嫦娥一号’的备份星。‘嫦娥一号’圆满完成既定任务后,让‘嫦娥二号’再去绕月,如何能够让它的意义再大一些?”叶培建告诉本刊记者,由“嫦娥一号”的备份星到探月工程二期的先导星,“嫦娥二号”的任务目标发生了变化,承担起为探月工程二期尤其是“嫦娥三号”探测器进行前期工程技术验证和探测的任务。

“应该说,‘嫦娥二号’具备了两层意义,即一是继续扩大‘嫦娥一号’的科学成果,二是作为嫦娥工程二期的先导星,它将在‘嫦娥一号’卫星的基础上,开展‘嫦娥三号’探测器有关技术的在轨验证,同时对其备选的着陆区进行高分辨率成像,为‘嫦娥三号’落月做准备,验证月球软着陆的部分关键技术。”

于登云告诉本刊记者,在完成主任务后,“嫦娥二号”的命运将由卫星当时的状态及所携带的燃料决定,或受控撞月;或走得更远,让卫星飞出地月环境、飞向更远的太空,以此验证我国更远的宇宙空间的深空探测能力;或走得更近,即让它沿着月地转移轨道飞回地球。

“嫦娥二号”的创新

由于“嫦娥二号”原本是“嫦娥一号”的备份卫星,因此两颗卫星在质量和外形上并没有太大的区别,但是相比于“嫦娥一号”任务,“嫦娥二号”任务技术更新、难度更大、系统更复杂,相应的风险也更大。

多位受访专家表示,“嫦娥二号”任务就像是一期工程向二期工程的一个跳板,增加了很多新技术,对探月工程起到承上启下的关键作用,并对整个探月工程甚至航天事业的发展都具有十分重要的意义。

叶培建将“嫦娥二号”的关键技术创新和突破,归纳为六点:

一、突破运载火箭直接将卫星运送至地月转移轨道的发射技术。和“嫦娥一号”卫星先被运送到环绕地球的椭圆轨道,再经过自身多次调整进入地月转移轨道不同,“嫦娥二号”卫星将由运载火箭直接送入近地点200公里、远地点38万公里的地月转移轨道。这样奔月的效率更高,在7天以内就可完成近40万公里的奔月路。这对火箭提出了更高要求,需要火箭推力更大、入轨更精、控制更准。

二、X频段深空探测技术,初步验证深空探测体制。这是我国正在计划建设的测控应答体制,和目前我国主要使用的S频段测控体制相比,新的测控体制更适合深空探测远距离信号传输的需求,有着传输速度高、信号衰减小、负载数据多等优点。

三、验证100公里月球轨道捕获技术。相比于“嫦娥一号”卫星在距月面200公里处被月球捕获,“嫦娥二号”将在距月面100公里处进行制动捕获,卫星的飞行速度更快、轨道更低、制动量更大,同时月表物质分布造成的不均匀重力场对卫星轨道的摄动影响也将相应增大。这样就大大提高了对卫星制动控制精度的要求。

四、验证近月点15公里、远月点100公里轨道机动与快速测定轨技术。“嫦娥二号”卫星要验证100公里圆轨道向近月点15公里、远月点100公里椭圆轨道的机动技术,完成在该椭圆轨道上的探测任务后,卫星还要回到100公里圆轨道。

五、试验全新的着陆相机,数据传输能力大幅提高。“嫦娥二号”增加配置了降落相机,以检验对月成像能力,为“嫦娥三号”探测器的月面软着陆做准备。与此同时,卫星数据传输速率也由“嫦娥一号”卫星时的每秒3兆,提高到每秒6兆,并进行每秒12兆的传输速率试验。

六、对后续工程预选着陆区进行高分辨率成像试验。“嫦娥一号”卫星搭载的CCD相机分辨率为120米,而“嫦娥二号”卫星在100公里圆轨道和近月点15公里、远月点100公里椭圆轨道上,将分别对后续月球着陆器的预选区域进行优于10米和1.5米分辨率的成像试验,同时还将探测月球物质成分、月壤特性以及地月与近月空间环境。

任务的变化,使“嫦娥二号”在许多关键技术方面都要进行原始创新,改进了有效载荷性能,提高了对月科学探测的精度。

本刊记者获悉,“嫦娥二号”卫星上共有214台硬件设备,其中,继承“嫦娥一号”卫星的产品大约有85%,作过适应性修改的产品大约占10%,新研制的产品约占5%,这些产品都处于不同的状态,增大了风险。

“嫦娥二号”上还有很多新技术是原来没有使用或遇到过的,比如星上使用的490N发动机,以往我国卫星使用这种发动机的时候,在卫星上工作的时间很短,一般卫星轨道确定后就切断了,这次“嫦娥二号”卫星上的490N发动机则要在轨长期工作。

此外,由于“嫦娥二号”本是“嫦娥一号”的备份星,因此星上几乎所有产品都没有备份,这也加大了技术人员的研制难度,必须确保万无一失。

“‘牵一发而动全身’,‘改卫星’比‘造卫星’更需要严密的系统工程思维和总体思想”,孙家栋分析说,“嫦娥二号”选择以“嫦娥一号”的备份星为基础平台,并在备份星的基础上进行载荷和技术的适应性改造,“卫星研制队伍在这方面下了不少功夫”。

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