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天津北方網訊 看點:『零窗口』准時發射,嫦娥二號首次被直接送入地月轉移軌道,將比嫦娥一號節省7天到達月球
嫦娥二號衛星由長征三號丙運載火箭送入近地點高度200公裡、遠地點高度38萬公裡的直接奔月軌道,這在我國航天發射是第一次。同時瞄准『零窗口』也就是在預定發射時間成功發射。嫦娥二號衛星直接奔月,相比嫦娥一號衛星繞地球三圈後再進入地月轉移軌道,將節省7天時間到達月球。
所謂的『零窗口』,是指在預定發射時間正負一秒內發射出去。一般是指在發射窗口前沿發射,比如預定19時至19時30分的窗口發射,如果瞄准窗口前沿即19時准點發射,送到軌道後,比起在窗口後期發射,衛星變軌時效率更高,更節省燃料,後續的在軌工作也會更加順利。
嫦娥二號衛星總設計師黃江川介紹說,『零窗口』發射很難,需要幾大系統協同,任何一個系統出問題都不能實現。如果按窗口後沿發射的話,要比『零窗口』發射多用大概100公斤燃料。
此次嫦娥二號衛星被直接送入地月轉移軌道,要求火箭推力更大,控制更精密,需要突破運載火箭直接將衛星發射至地月轉移軌道的發射技術。
『這種軌道的發射,拿打靶來比喻,以往發射的軌道是在打固定靶,嫦娥二號衛星我們打的是一個移動靶,顯然難度更大。』長征三號甲系列火箭主任設計師李聃介紹。
奔月過程
看點:科學儀器首度在途中打開,首次給地球和月球拍照,深空測控技術啟動
進入地月轉移軌道後,嫦娥二號衛星的奔月飛行旅程約為112小時。衛星上探測空間環境的科學儀器將首度在途中打開,深空測控通信技術的試驗也將開始,同時衛星還要在路上不時給地球和月球拍照。
在嫦娥一號奔月時,科學有效載荷在途中並沒有開機。此次嫦娥二號奔月,高能粒子探測器、太陽風離子探測器等部分科學有效載荷將在途中開機,對地月空間環境進行探測。高能粒子探測器將是第一臺打開的儀器。
探月工程月球應用科學首席科學家嚴俊說,『嫦娥二號任務開始的時候正好是太陽活動峰年。從地球到月球之間,正是探測空間環境難得的好機會。』
這次嫦娥二號衛星還將第一次在途中給地球和月球分別照相,在不同距離處分別獲得地球和月球的完整圖像。
抵達月球
看點:在近月點精准『剎車』,被月球成功捕獲後,順利進入100公裡軌道繞月
嫦娥二號衛星到達距離月球表面100公裡高的近月點時,需要實施近月制動,也就是『剎車』,否則將會撞上月球或者擦身而過。之後再經過變軌和兩次『剎車』,最終進入高度為100公裡的環月工作軌道,這也將標志嫦娥二號任務的基本成功。而接受考驗的將是100公裡月球軌道捕獲技術和環月飛行軌道控制技術。
相比嫦娥一號在200公裡處被月球捕獲,嫦娥二號實施近月捕獲時飛行速度更快、軌道更低、制動量更大,同時月球不均勻重力場對衛星軌道的攝動影響也相應增大,大大提高了對衛星制動控制精度的要求。黃江川介紹,風險是在首次月球制動,制動之後是一個近月點100公裡、遠月點10000多公裡的環月大橢圓軌道,它幾乎是唯一的。因此如果制動過晚衛星就逃逸出去了,如果制動不精確就會撞上月球。
在嫦娥二號衛星抵達距離月球表面100公裡高的近月點時,測控系統對衛星進行第一次近月制動,如同汽車行進中踩『剎車』一樣,進入環月大橢圓軌道。此後再經過1次軌道平面機動和2次『剎車』,最終進入高度為100公裡的環月軌道,最後通過遠程測控,衛星完成巡航姿態建立等程序,在預定軌道上正常工作。
降軌探測
看點:衛星變軌到距月球15公裡低軌道上,對月球虹灣預選著陸區拍攝分辨率優於1.5米圖像
嫦娥二號衛星在100公裡的環月軌道上調整並運行一段時間,將在月球背面自主降軌,進入一個近月點15公裡、遠月點100公裡的橢圓軌道,然後順軌道飛到月球正面的虹灣上空,在最近為15公裡高度對虹灣預選著陸區進行拍攝。2天探測結束後,衛星要在月球背面再自主變軌,重新回到長期繞月運行軌道也就是100公裡的環月圓軌道,繼續開展技術試驗和科學探測。
由於嫦娥三號探測器的月球備選著陸區虹灣位於月球正面,因此嫦娥二號衛星要在最近點接近虹灣,就必須在其反方向降軌,恰恰是在月球的背面變軌。專家介紹說,『這樣我們就看不見衛星,測控夠不著,只能靠衛星自主去完成降軌,這個相對嫦娥一號風險就大大提高』。
據黃江川介紹,衛星自主控制降軌時的變軌時機是關鍵,因為變軌時機決定了之後的近月點的位置,如果時機不對,到時候衛星在15公裡的近月點位置和備選著陸區會有誤差。
另外一個風險是,由於衛星環月運行高度只有100公裡,近月點高度最低只有15公裡,月球的不均勻引力,加之月球表面有很多環形山,最高的達到9000米高度,比珠穆朗瑪峰還要高。整個降軌過程因此將考驗100公裡乘15公裡軌道機動與快速測定軌技術。當嫦娥二號衛星飛到備選著陸區上空15公裡處,衛星上搭載的新研制的TDI—CCD立體相機將對這片地區進行優於1.5米分辨率的成像,勘察地形地貌。從降軌到回到原來100公裡環月圓軌道,嫦娥二號一共將飛行31圈66個小時。據專家介紹,衛星在這個100公裡乘15公裡軌道上飛的時間越長,相應風險越大。
半年環月
看點:完成科學任務和深空技術試驗,抵御空間環境風險
嫦娥二號衛星完成備選著陸區探測後,又將重新回到高度為100公裡的環月近圓軌道,並將在這個軌道上運行半年,在此期間,嫦娥二號衛星還將開展其他科學任務,並繼續測試X頻段深空探測技術。同時,還需要抵御太陽活動等造成的空間環境風險。
據介紹,包括虹灣地區高分辨率圖像在內的科學數據接收和處理,都將由地面應用系統來完成。嫦娥二號任務地面應用系統總指揮劉曉群說,嫦娥二號傳輸科學數據的能力比嫦娥一號強2倍,從3兆碼速率擴展到6兆碼速率,同時還將試驗12兆碼的傳輸能力,這將保證嫦娥二號衛星獲得的高分辨率數據能夠盡快傳到地面。
長期在軌飛行,還需要時常不斷對軌道進行修正。黃江川介紹,不論是100公裡還是200公裡的軌道,都是一個約數,比如運行半個月以後它可能遠月點還是100公裡,但近月點可能就變成了80或90公裡,因此時常要對這個軌道進行修正,同時需要保持精心觀測衛星狀態。
此外,太陽每11年會有一次概率很大的劇烈活動,像太陽黑子爆發通常對航天器會有影響,嚴重的話可能會使衛星上的電子元器件損壞。輕微的話,也可能會有一些臨時性故障,這些故障可能會對衛星的飛行造成影響,比如說衛星被迫轉入安全模式,或者本來正對月球進行探測,但受到空間環境的乾擾,衛星可能要進入保能源、保安全的狀態,就需要地面發指令再回到原來的狀態。黃江川說,從設計上來說,都有充分的手段可以抵抗這些空間環境的影響。(記者 餘建斌)
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