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      2. 2007年10月25日 星期四
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        嫦娥一號將經歷兩次月食 設計師稱已充分試驗
        2007年10月25日 06:55 來源:人民日報

            北京時間十月二十四日十八時零五分,中國在西昌衛星發射中心用“長征三號甲”運載火箭將“嫦娥一號”衛星成功送入太空!版隙鹨惶枴笔侵袊灾餮兄频牡谝活w月球探測衛星,它的發射成功,標志著中國實施繞月探測工程邁出重要一步;鸺c火升空24分鐘后,北京航天飛行控制中心傳來的數據表明,星箭成功分離,“嫦娥一號”衛星進入近地點205公里,遠地點50930公里的地球同步轉移軌道。 中新社發 孫自法 攝


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          超遠距離通訊如何保證

          從地球要飛到月球,類似星際探測。從常識來說,距離越長,傳回的信號就比較弱!白铍y的一點就是我們如何跟蹤衛星,得到星上的一些狀態,如何去控制衛星!辨隙鹨惶栃l星系統副總設計師饒偉說,這就需要測控系統確保跟蹤完整,測量準確和指令無誤。

          “之前我們的衛星最高離地球六七萬公里,現在月球離我們有38萬—40萬公里。這么遠的距離,信號能量不足。如果增加衛星搭載的測控設備,又受到星上重量和功耗的限制。這就要求衛星必須提高自身信號的發射功率,同時地面要能夠低靈敏度接收!睂O澤州說。

          饒偉介紹說,為了保證38萬—40萬公里遠的有效測控,采取了幾方面的創新措施,選取多種工作模式、多種措施集中在同一顆衛星來保證測控信道余量。

          “地面測控系統方面,由于我國尚未建成深空測控網,測控系統首次采用了現有的用于載人航天的S頻段航天測控系統(USB)和中國科學院的甚長基線干涉天文測量系統(VLBI)的綜合測量技術,解決繞月探測工程‘測控距離遠、測量精度高’的技術難題!别垈フf。

          為提高嫦娥一號衛星測控覆蓋率,測控系統與歐洲空間局和智利圣地亞哥站開展國際聯網合作,使測控覆蓋率達到98%以上。

          為確保準確接收科學數據,除為USB系統新建兩個直徑18米的測控天線,還研制了我國口徑最大的兩面數據接收天線,也就是北京密云新建的直徑50米天線和昆明新建的40米天線,前者天線有680多噸重,鍋蓋足有6個籃球場大。

          三十八萬公里探月路

          衛星帶1.2噸推進劑;在空間多次變軌調整; 能否沿預定軌道飛行是關鍵

          “月球離地球的平均距離為38萬公里,遠遠超過我們幾十年近地空間的活動范圍。除了距離遠以外,還從二體運動變成了三體運動!崩@月探測工程總設計師孫家棟院士認為,整個“嫦娥”奔月過程中,能否順利沿著預定軌道飛行,是重中之重。衛星起飛以后,在近地空間主要受地球引力的影響,當它脫離地球一定距離以后,地球、月球都對其產生影響,越接近月球空間,月球的影響就越大;在衛星長距離飛行同時,月球也要運動很長一個距離,種種因素都帶來了軌道設計、測量和控制的難題。

          “這是我國航天器第一次飛到月球的軌道上,因此這個軌道與常規的地球軌道設計有所不同,要考慮到月球引力場等新的因素,并且還要設計好飛往月球和被月球捕獲的交匯過程!辨隙鹨惶栃l星系統副總設計師孫澤州介紹說,軌道難點主要體現在變軌方面。

          “嫦娥一號”送入到地球超同步衛星軌道后,在繞地、地月飛行過程中會有多次變軌!爸圆扇《啻巫冘,一方面是能通過多次變軌在時間上騰出精確調整的余地;另一方面也可以節省燃料!睂O澤州說。

          “每一次變軌都用到推進劑。這次推進劑一共帶了1.2噸,還要用于圍繞月球旋轉,這樣火箭推進劑的余量就很緊張。軌道窗口越窄,走得就越痛快,很寬的話要花費很多的推進劑。由于推進劑有限,因此軌道的每個環節都要設計好,這也是我們對發射日、發射時、軌道運行要求都非常嚴的一個主要原因!崩@月探測工程總指揮欒恩杰說。

          繞地球飛行過程中,對“嫦娥一號”主要采用了調相軌道的設計思想,就是在衛星繞地球轉動過程中等待月球飛過來,再進入地月轉移軌道。調相軌道可以使衛星逐步獲得速度增量奔向月球,減少在大的速度增量變化中引起重力損耗等影響!斑x擇什么樣的軌道,是調相軌道還是直接送入地月轉移軌道,經過比較,最終確定了現在的方案!睂O澤州說。

          “軌道的設計過程有一些特點!睂O澤州說,要把地月轉移軌道和調相軌道分段設計,再進行拼接,最終要求是到達環月軌道。然后再倒推什么時候從地球進入地月轉移軌道,以及星箭分離等參數。這種拼接的思想是第一次嘗試做?茖W家們對軌道做了大量的反復演練計算。

          承受300攝氏度溫差,將遭遇兩次月食

          未知世界如何生存

          初次奔月的“嫦娥”還會遭遇到“熱問題”,需經歷地球、奔月、月球及月食等多種熱環境。

          “以前的衛星都是對地球進行探測,對地球的熱環境經歷得比較多,我們比較熟悉!别垈フf,但月球本身的熱環境我們并不了解。而外部的熱環境會影響到星上的熱環境,同時嫦娥一號衛星本身設備的工作模式比較復雜,星上一會兒熱一會兒冷,使得熱控問題很突出。

          “嫦娥一號衛星兩個小時左右繞月球轉一圈,一小時有太陽照著,一小時被月亮擋住太陽。在太陽照著月亮的地方,溫度有110攝氏度到130攝氏度,溫度太高;暗的地方,溫度一下掉到零下130攝氏度至零下180攝氏度,溫差可以達到300攝氏度。但所有的儀器、工作狀態都要適應這種變化。”歐陽自遠說。

          在一年的工作壽命期內,“嫦娥一號”還不可避免的要經歷兩次月食,每次月食的有效陰影時間均在3小時左右。這對星上提供能量的蓄電池組的低溫放電能力、溫度維持能力以及各設備的低溫耐受能力提出了更高要求。為確保能安全度過兩次月食,衛星針對月食工況進行了充分試驗。

          “目前月表環境的輸入條件,我們認為已經突破了。對于星上工作模式復雜的情況,研制過程中也安排了幾次大型實驗,都是很長周期的,模擬月表環境,模擬在軌所有的可能,來驗證星上溫度能不能控制住。實驗結果都滿足要求!别垈フf。

          無人參與

          星際旅行會否迷航

          同地球衛星相比,嫦娥一號衛星面對的情況更加復雜。迄今為止,歷史上所有探月飛行的成功率約為48%。

          進入環月軌道前,包括奔月飛行過程在內,“嫦娥一號”整個的變軌控制就靠制導導航與控制系統。在環月以后,衛星需要保持載荷對月觀測,完成科學任務,同時驅動太陽翼展開并對日定向來獲得能源,控制定向天線對地定向,保證科學數據能可靠傳輸到地面上來。這些定向也須依靠制導導航與控制系統。 “不管是奔月還是環月,對制導導航控制系統都提出了很多新的要求,必須去解決這些問題。”衛星系統總設計師葉培建說。

          “地球的衛星只要兩個軸就夠了,所有的儀器對準地球,太陽能帆板對準太陽,兩個對準了就可以干活。月球探測不行,必須所有的儀器對準月亮,通訊天線要時刻對準地球,帆板要對準太陽,也就是所謂的三體定向!崩@月探測工程月球應用科學首席科學家、中國科學院院士歐陽自遠說,難點在于太陽、地球、月亮都在轉動,衛星也在動,這幾個角度沒有時刻對準,衛星根本就無法工作。

          為此,“嫦娥一號”的制導、導航控制包含了兩個關鍵技術。一是研制了一臺紫外月球敏感器,在繞月階段能夠適用,也對將來的深空探測有用。

          “地球因為有均勻的紅外輻射,能用紅外地平儀直接獲得衛星對地球的姿態,但月球沒有均勻的紅外輻射,就不能用常規的紅外地球敏感器來測量!辨隙鹨惶栃l星總設計師顧問李鐵壽說。

          “另一個關鍵技術是,為了傳輸科學探測信息,我們需要一個不同于以往衛星的數據傳輸天線! 李鐵壽說,以往衛星的姿態相對于地球是不動的,現在需要有一個可以轉動的天線,來使天線指向始終對地!斑@是一個新的技術,在過去的衛星上還沒有用過! (記者 余建斌)


        編輯:聞育旻】
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