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資料圖片:『嫦娥二號』衛星已吊裝完畢,測試正常,等待加注,准備發射
圖表:『嫦娥二號』攜帶的科學儀器
作為中國探月工程二期的先導星,嫦娥二號將飛向月球,執行二期工程部分關鍵技術試驗和繼續月球科學探測研究的任務。
與三年前的嫦娥一號飛行相比,這次任務有什麼不同?組成工程的各系統發生了什麼樣的變化?來自探月工程五大系統的負責人對此作出全方位解讀。
衛星:『探路先鋒』與月球更『親近』【記者觀察】中國空間技術研究院研制的衛星,加上中國科學院研制的有效載荷,共同組成了『嫦娥二號』衛星系統。金黃色的立方體外表,很有些科幻味道。這顆被航天人稱為『嫦娥二姑娘』的衛星跟嫦娥一號大小完全相同,與大多數地球同步軌道衛星和『神舟』飛船相比,則嬌小得多。
【專家解讀】如果說嫦娥一號是為中國人開啟通往月球之路的鑰匙,嫦娥二號就是實現最終目標的又一『探路先鋒』。嫦娥二號衛星總設計師黃江川介紹,僅從工程角度而言,這顆衛星的主要任務是驗證距月面100公裡近月制動的月球軌道捕獲技術、驗證100公裡×15公裡軌道機動與飛行技術等6項關鍵技術。
沿著科學家們設計的奔月『快速路』,嫦娥二號不再像嫦娥一號那樣在環繞地球的橢圓軌道上『逗留』數天,而是直接從地月轉移軌道飛向月球,奔月時間從12天縮短為5天。黃江川說,除此之外,這顆衛星環月飛行的高度由嫦娥一號的200公裡變為100公裡,距月球更近。在軌工作期間,它還將降軌至15公裡高度,對嫦娥三號備選著陸區進行拍攝。
這顆衛星的設計壽命是半年。對於半年之後它的『歸宿』,黃江川說,落月、飛到更遠的星空或是飛回地球軌道,需要在它在軌運行進行到一定階段時纔能決定。
火箭:新『搭檔』瞄准『移動靶』【記者觀察】同樣來自中國運載火箭技術研究院,長征三號丙就像『金牌火箭』長征三號甲的孿生兄弟,只是多出兩個助推器,如同兩枚尾翼鑲嵌在芯一級底部——這種『非全對稱』式的外形,在『長征』系列火箭裡是唯一的。這一結構上的變化,把火箭的運載能力從2.65噸提昇到了3.8噸。
作為嫦娥衛星的新『搭檔』,這枚火箭在嫦娥飛行中的『亮相』同樣短暫:天氣晴好的話,肉眼能看到發射後約146秒時的一二級分離;雲層如果過厚,火箭僅幾秒鍾就會『消失』在人們的視線裡。它的結局與『前任』也是相似的:在完成把衛星送入預定軌道的任務後,火箭將以自我犧牲的方式墜落。
【專家解讀】之所以改用長征三號丙火箭作為嫦娥二號衛星的運載工具,是為了實現工程的第一項目標:突破火箭直接將衛星發射至地月轉移軌道的發射技術。縮短衛星的奔月路程和時間,看上去是多『送』了衛星一程,其實是以更大的推力給了衛星更高的初始速度。
火箭系統總指揮岑拯說,軌道的特殊性要求更嚴格的發射窗口。通訊衛星幾乎每天都有發射機會,嫦娥二號一年中卻只有幾天能夠發射,因此,確保准時發射對於火箭至關重要。為此,火箭工作人員在確保設計質量正確、確保地面試驗充分、確保火箭與各大系統結合協調上下足了工夫。同時,火箭還對遙測參數、延時存儲器等進行了調整,以滿足『嫦娥二號』衛星精確入軌的要求。
『這是我們第一次執行到地月轉移軌道的發射任務。如果說以往的發射是打固定靶,這次就是打移動靶。』岑拯說。
發射場:『零窗口』一如既往【記者觀察】這是中國人已經熟悉的一幕:乳白色的火箭乘著橘紅色的火焰騰空而起,背景或是大漠孤煙,或是青山夕陽。後一種畫面,就是西昌衛星發射中心的發射場。發射嫦娥二號的是二號塔架。以其97.7米的高度和發射長三甲系列火箭的全覆蓋能力,這座建於1990年的發射架被稱為『亞洲第一塔』。距離二號塔直線距離150多米處,矗立著曾把嫦娥一號送上天的三號塔架。這兩座塔架已經成為西昌著名景點。
【專家解讀】發射場是嫦娥衛星飛天的港灣,也是火箭、衛星的『體檢中心』和『加油站』。發射場系統總指揮李尚福說,為確保嫦娥二號發射成功,發射場進行了包括更新測量雷達、更新遙測系統、改造光學儀器、優化加注系統等在內的上百項技術改進,進一步提高了可靠性和整體發射能力。
與嫦娥一號一樣,嫦娥二號發射瞄准的是『零窗口』。李尚福說,在35分鍾的窗口時間內,『零窗口』發射能比按照窗口後沿發射節省180公斤衛星燃料。對於所攜燃料僅1300多公斤的嫦娥二號衛星來說,這一點彌足珍貴。
測控:讓『風箏』飛得更遠【記者觀察】北京航天飛行控制中心、西安衛星測控中心、遠赴大洋的海上測量船、建於南美測控站以及歐洲空間局所屬測控站……北京飛控中心指控大廳長12米、寬4米的巨幅顯示屏上,測控系統的各單元構成了一幅完整的畫面。90多臺工作臺加上身著藍色防靜電工作服的工作人員,又是一個數字化的方陣。
【專家解讀】精確測軌和准確的軌道控制,是嫦娥二號測控的最大難點。增加一艘遠洋測量船、優化軌道控制策略、研制S/X頻段統一測控系統、改造青島站和喀什站……測控系統的種種改進,都是圍繞這一點。同時,測控系統預設了衛星入軌異常、變軌未能實施或滯後實施、發動機故障等共106種預案故障模式,制定了153種故障處理對策。
更令人矚目的是嫦娥二號肩負的一項重要任務——驗證對嫦娥三號至關重要的X頻段測控技術。
『X頻段具有頻率高、傳輸帶寬寬等特點,是未來深空探測的主用頻段。』測控系統總設計師錢衛平介紹說,在嫦娥二號衛星上搭載X頻段應答機,與中國X頻段地面測控設備配合驗證X頻段測控體制,將為嫦娥三號任務積累測控經驗,為未來更遠的深空探測奠定技術基礎。
『有了這個頻段,我們可以用更小的設備、更低的功率傳輸更多的數據,可以走得更遠。』錢衛平說。他同時透露,中國深空測控網建設已經啟動,未來幾年,將具備承擔太陽系內航天器測控任務的能力。
『飛行器是風箏,測控通信系統是風箏線,我們地面控制人員就是放風箏的人。』錢衛平說。
地面應用:給月球來個『特寫』【記者觀察】走進嫦娥二號任務地面應用系統的總部——國家天文臺運控中心,如同走進破譯嫦娥衛星『密碼』的『大腦』。從開始奔月起,嫦娥二號獲得的探測數據就源源不斷傳輸到這裡。它們結出的科學之果,會被這裡的科學家們毫無保留地捧到中國和世界的公眾面前。廣場上那座精鋼雕塑所展示的,正是這個再次被人們關注的話題——『嫦娥奔月』。
【專家解讀】獲取月球表面三維影像、探測月球物質成分、探測月壤特性、探測地月與近月空間環境……嫦娥二號的科學探測任務,似乎與嫦娥一號並無明顯區別。但,探測的內容更多了,精度更高了。
地面應用系統總指揮劉曉群說,針對這個目標,置於嫦娥二號衛星平臺內的有效載荷發生了多處變化。嫦娥一號有效載荷8種,嫦娥二號則為7種。盡管嫦娥一號原有的乾涉成像光譜儀被取消,但嫦娥二號的激光高度計、X射線譜儀等進行了適應性改造。
與嫦娥一號到達近月軌道纔打開有效載荷所不同的是,嫦娥二號更加『勤奮』,一邊奔月一邊展開有效載荷工作,從而更好地探測地月空間環境。而地面數據接收系統接收速率的提高,則為預計比嫦娥一號更多的數據建立起了一條更為順暢的傳輸通道。
嫦娥二號所攜CCD相機的分辨率有了量級性提高,從120米提高至優於10米。劉曉群說,嫦娥一號拍下了中國人的第一幅月球全圖,距月球更近的嫦娥二號必將獲取更為清晰的月圖,尤其是嫦娥三號預選著陸地區的高分辨率圖像。
劉曉群同時坦承,嫦娥一號月圖出現瑕疵不是有效載荷的問題,而是後期處理時由於時間過於緊張出現的拼接錯誤。『我們汲取教訓,再也不會出現這樣的失誤。』
劉曉群說:『嫦娥一號准備的故障預案沒有用上。這次我們制定了十幾個故障預案,希望也用不上。』