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嫦娥飞天看点解读:奔月途中将给地球月球拍照

2010年10月02日02:01人民网-人民日报余建斌我要评论(0)
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发射入轨

看点:“零窗口”准时发射,嫦娥二号首次被直接送入地月转移轨道,将比嫦娥一号节省7天到达月球

嫦娥二号卫星由长征三号丙运载火箭送入近地点高度200公里、远地点高度38万公里的直接奔月轨道,这在我国航天发射是第一次。同时瞄准“零窗口”也就是在预定发射时间成功发射。嫦娥二号卫星直接奔月,相比嫦娥一号卫星绕地球三圈后再进入地月转移轨道,将节省7天时间到达月球。

所谓的“零窗口”,是指在预定发射时间正负一秒内发射出去。一般是指在发射窗口前沿发射,比如预定19时至19时30分的窗口发射,如果瞄准窗口前沿即19时准点发射,送到轨道后,比起在窗口后期发射,卫星变轨时效率更高,更节省燃料,后续的在轨工作也会更加顺利。

嫦娥二号卫星总设计师黄江川介绍说,“零窗口”发射很难,需要几大系统协同,任何一个系统出问题都不能实现。如果按窗口后沿发射的话,要比“零窗口”发射多用大概100公斤燃料。

此次嫦娥二号卫星被直接送入地月转移轨道,要求火箭推力更大,控制更精密,需要突破运载火箭直接将卫星发射至地月转移轨道的发射技术。

“这种轨道的发射,拿打靶来比喻,以往发射的轨道是在打固定靶,嫦娥二号卫星我们打的是一个移动靶,显然难度更大。”长征三号甲系列火箭主任设计师李聃介绍。

奔月过程

看点:科学仪器首度在途中打开,首次给地球和月球拍照,深空测控技术启动

进入地月转移轨道后,嫦娥二号卫星的奔月飞行旅程约为112小时。卫星上探测空间环境的科学仪器将首度在途中打开,深空测控通信技术的试验也将开始,同时卫星还要在路上不时给地球和月球拍照。

在嫦娥一号奔月时,科学有效载荷在途中并没有开机。此次嫦娥二号奔月,高能粒子探测器、太阳风离子探测器等部分科学有效载荷将在途中开机,对地月空间环境进行探测。高能粒子探测器将是第一台打开的仪器。

探月工程月球应用科学首席科学家严俊说,“嫦娥二号任务开始的时候正好是太阳活动峰年。从地球到月球之间,正是探测空间环境难得的好机会。”

这次嫦娥二号卫星还将第一次在途中给地球和月球分别照相,在不同距离处分别获得地球和月球的完整图像。

抵达月球

看点:在近月点精准“刹车”,被月球成功捕获后,顺利进入100公里轨道绕月

嫦娥二号卫星到达距离月球表面100公里高的近月点时,需要实施近月制动,也就是“刹车”,否则将会撞上月球或者擦身而过。之后再经过变轨和两次“刹车”,最终进入高度为100公里的环月工作轨道,这也将标志嫦娥二号任务的基本成功。而接受考验的将是100公里月球轨道捕获技术和环月飞行轨道控制技术。

相比嫦娥一号在200公里处被月球捕获,嫦娥二号实施近月捕获时飞行速度更快、轨道更低、制动量更大,同时月球不均匀重力场对卫星轨道的摄动影响也相应增大,大大提高了对卫星制动控制精度的要求。黄江川介绍,风险是在首次月球制动,制动之后是一个近月点100公里、远月点10000多公里的环月大椭圆轨道,它几乎是唯一的。因此如果制动过晚卫星就逃逸出去了,如果制动不精确就会撞上月球。

在嫦娥二号卫星抵达距离月球表面100公里高的近月点时,测控系统对卫星进行第一次近月制动,如同汽车行进中踩“刹车”一样,进入环月大椭圆轨道。此后再经过1次轨道平面机动和2次“刹车”,最终进入高度为100公里的环月轨道,最后通过远程测控,卫星完成巡航姿态建立等程序,在预定轨道上正常工作。

降轨探测

看点:卫星变轨到距月球15公里低轨道上,对月球虹湾预选着陆区拍摄分辨率优于1.5米图像

嫦娥二号卫星在100公里的环月轨道上调整并运行一段时间,将在月球背面自主降轨,进入一个近月点15公里、远月点100公里的椭圆轨道,然后顺轨道飞到月球正面的虹湾上空,在最近为15公里高度对虹湾预选着陆区进行拍摄。2天探测结束后,卫星要在月球背面再自主变轨,重新回到长期绕月运行轨道也就是100公里的环月圆轨道,继续开展技术试验和科学探测。

由于嫦娥三号探测器的月球备选着陆区虹湾位于月球正面,因此嫦娥二号卫星要在最近点接近虹湾,就必须在其反方向降轨,恰恰是在月球的背面变轨。专家介绍说,“这样我们就看不见卫星,测控够不着,只能靠卫星自主去完成降轨,这个相对嫦娥一号风险就大大提高”。

据黄江川介绍,卫星自主控制降轨时的变轨时机是关键,因为变轨时机决定了之后的近月点的位置,如果时机不对,到时候卫星在15公里的近月点位置和备选着陆区会有误差。

另外一个风险是,由于卫星环月运行高度只有100公里,近月点高度最低只有15公里,月球的不均匀引力,加之月球表面有很多环形山,最高的达到9000米高度,比珠穆朗玛峰还要高。整个降轨过程因此将考验100公里乘15公里轨道机动与快速测定轨技术。当嫦娥二号卫星飞到备选着陆区上空15公里处,卫星上搭载的新研制的TDI—CCD立体相机将对这片地区进行优于1.5米分辨率的成像,勘察地形地貌。从降轨到回到原来100公里环月圆轨道,嫦娥二号一共将飞行31圈66个小时。据专家介绍,卫星在这个100公里乘15公里轨道上飞的时间越长,相应风险越大。

半年环月

看点:完成科学任务和深空技术试验,抵御空间环境风险

嫦娥二号卫星完成备选着陆区探测后,又将重新回到高度为100公里的环月近圆轨道,并将在这个轨道上运行半年,在此期间,嫦娥二号卫星还将开展其他科学任务,并继续测试X频段深空探测技术。同时,还需要抵御太阳活动等造成的空间环境风险。

据介绍,包括虹湾地区高分辨率图像在内的科学数据接收和处理,都将由地面应用系统来完成。嫦娥二号任务地面应用系统总指挥刘晓群说,嫦娥二号传输科学数据的能力比嫦娥一号强2倍,从3兆码速率扩展到6兆码速率,同时还将试验12兆码的传输能力,这将保证嫦娥二号卫星获得的高分辨率数据能够尽快传到地面。

长期在轨飞行,还需要时常不断对轨道进行修正。黄江川介绍,不论是100公里还是200公里的轨道,都是一个约数,比如运行半个月以后它可能远月点还是100公里,但近月点可能就变成了80或90公里,因此时常要对这个轨道进行修正,同时需要保持精心观测卫星状态。

此外,太阳每11年会有一次概率很大的剧烈活动,像太阳黑子爆发通常对航天器会有影响,严重的话可能会使卫星上的电子元器件损坏。轻微的话,也可能会有一些临时性故障,这些故障可能会对卫星的飞行造成影响,比如说卫星被迫转入安全模式,或者本来正对月球进行探测,但受到空间环境的干扰,卫星可能要进入保能源、保安全的状态,就需要地面发指令再回到原来的状态。黄江川说,从设计上来说,都有充分的手段可以抵抗这些空间环境的影响。

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