嫦娥二號探月分辨率比嫦娥一號提高數倍

專題:嫦娥二號衛星探月之旅

　　9月29日，西昌衛星發射場消防隊在進行演練。“嫦娥二號”衛星吊裝完畢，測試正常，等待發射。秦憲安 攝

　　作為中國探月工程的二期先導星，嫦娥二號與她的“姐姐”嫦娥一號相比，共有以下改進和不同。與嫦娥一號相比，嫦娥二號距離月球更近，攜帶相機手掌大小，只有三四百克重，獲取三維影像分辨率更高。另外，紫外敏感器增加拍圖與傳圖功能，能覆蓋月面80%以上區域。

　　1 技術驗證 備選著陸區成像試驗

　　嫦娥二號飛行期間，將開展6大技術驗證：一是配合運載火箭，驗證地月轉移軌道直接發射技術；二是搭載輕小型化X頻段深空應答機，配合我國新建的X頻段地面測控站，試驗X頻段測控技術；三是驗證距月面100公里近月制動的月球軌道捕獲技術；四是驗證100公里15公里軌道機動與飛行技術；五是試驗遙測信道低密度奇偶校驗碼（LDPC）編碼技術，月地高速數據傳輸技術及降落相機技術；六是對備選著陸區進行高分辨率成像試驗。

　　與嫦娥一號相比，嫦娥二號改進了有效載荷性能，提高了對月探測精度，完成4類科學探測，即獲取更高精度月球表面三維影像，分辨率由嫦娥一號的120米提高至優於10米，同時還將探測月球物質成分、月壤特性以及地月與近月空間環境。

　　2 頻段升級 為二期工程先期驗證新頻段

　　與嫦娥一號使用的S頻段相比，嫦娥二號首次使用X頻段，而X頻段測控體制將用於探月二期工程，嫦娥二號先期驗證。

　　目前，國內尚無星地X頻段測控體制應用的實踐，X頻段深空應答機的研製涉及設計、器件和工藝等一系列難點，難點主要有兩個方面：一是低信噪比下的載波捕獲跟蹤算法，二是小型化、低功耗設計技術。

　　為此，設計人員一是進行低信噪比下的載波捕獲數字處理算法的倣真驗證，採用數字基帶處理技術，採用FPGA+DSP的框架，在保證精簡電路同時，提高系統設計靈活性；二是單機、分系統聯試及星地對接試驗全面驗證。

　　3 地月直航 直入地月軌道省7天

　　嫦娥一號由運載火箭送入繞地橢圓軌道，再用衛星自身推力進入地月轉移軌道。嫦娥二號則是由運載火箭直接送入地月轉移軌道，節省7天時間。

　　第二，近月制動點軌道高度由嫦娥一號的200公里，變為嫦娥二號的100公里。

　　三，環月軌道由嫦娥一號的200公里，變為嫦娥二號的100公里。

　　四，嫦娥二號將把軌道高度降低至100公里15公里，對目標區域成像。

　　4 整星調整 軌道降低需修改飛行程序

　　與嫦娥一號200公里200公里軌道不同，嫦娥二號的環月軌道調整為100公里圓軌道、100公里15公里橢圓軌道。

　　相比200公里200公里軌道，低軌道飛行會帶來更大的紅外熱流和月球攝動影響，對軌道預報、軌道控制、測定軌精度提出更高要求，也對星上熱控、供配電等分系統帶來影響。在系統總體設計方面需調整飛行程序，在適應性修改方面需適應性調整設計飛行程序等。

　　針對軌道變化帶來的難點和風險，嫦娥二號在設計和驗證環節主要採取了5方面措施：一是模飛驗證及星地無線聯試；二是軌道設計專題控制；三是軌道第三方復核；四是系統充分協調溝通；五是飛行程序分階段安排4次評審。

　　5 監視成像 相機手掌大小抗輻射

　　與嫦娥一號攜帶的CCD立體相機不同，嫦娥二號衛星安裝了3台監視相機與一台降落相機。3台監視相機即490N發動機監視相機、定向天線監視相機及太陽翼監視相機。

　　太空中溫度、輻射條件惡劣，相機可靠性安全性設計採用了諸多措施。相機通過系統優化設計可做到手掌大小，重量僅三四百克，集成了光、機、電、熱等技術，能夠承受衛星發射過程的強烈力學衝擊，並能在惡劣的太空環境下使用。相機集成了自動拍攝、實時圖像壓縮等智慧操作，具備“動靜相宜”的拍攝能力，並能做到長壽命，高可靠。

　　嫦娥二號安裝的降落與監視相機，可為其他航天活動的在軌監視提供重要的參考價值。該類相機在空間活動監視、深空探測、交會對接等領域有著廣闊的應用前景。嫦娥二號攜帶相機獲得圖像，可為整星提供重要數據資料，利於成果展示和宣傳。

　　6 導航控制 變軌當圈進入對月定向

　　嫦娥二號GNC産品在主要繼承嫦娥一號的基礎上，通過軟、硬體的修改，實現了3大技術創新：一是通過紫外敏感器的軟、硬體修改，實現了近月與環月的輔助導航；二是通過導航和控制（GNC）軟體升級，實現了更加靈活的軌道控制，可以實現非測控區的軌道控制，並可在變軌後當圈進入對月定向；三是實現了載荷與敏感器互用，紫外敏感器增加了拍圖與傳圖功能，能夠拍攝月球的130米分辨率的紫外圖像，並能覆蓋月面80%以上區域。

　　■ 歷程

　　備份變先鋒 嫦娥二號轉身

　　我國首次月球探測工程于2004年4月16日立項，命名為嫦娥一號。同年12月20日，經中央專委決策增加嫦娥一號備份星，其與嫦娥一號飛行狀態完全相同的正樣産品于2007年全部研製完成。

　　2007年12月17日，在嫦娥一號衛星任務工程目標成功後，繞月探測工程領導小組確定：2009年或2010年發射一顆月球探測衛星，技術有所進步，有限經費。

　　根據該原則，探月與航天工程中心組織論證，並根據順序命名原則，將備份星命名為嫦娥二號。

　　2008年6月24日，嫦娥二號衛星專題研究會召開，月球探測工程中心於次日組織補充論證會，提出嫦娥二號衛星作為試驗星，以驗證二期工程技術為重點。

　　中國空間技術研究院于2008年7月完成第二輪總體方案論證並上報探月與航天工程中心，嫦娥二號最終被確定為探月二期工程先導星。

　　嫦娥二號衛星與嫦娥一號衛星一同生産完成，最初它的身份是嫦娥一號的備份星，嫦娥一號成功後，它的身份逐步演變成了先導星。

　　■ 任務

　　拍攝嫦娥三號預選著陸區

　　探月二期工程的先導星嫦娥二號衛星，飛行任務之一是驗證軟著陸關鍵技術，直入地月轉移軌道，飛向月球的整個行程只需112小時。嫦娥二號衛星安裝更多新裝備，將要開展X頻段深空探測技術試驗、紫外導航試驗、CCD相機高分辨率成像試驗、月壤特性探測等試驗項目。完成在軌測試和技術驗證後，嫦娥二號還將對嫦娥三號預選著陸區虹灣進行拍照。

　　■ 十大目標

　　六大工程目標

　　一 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

　　二 試驗X頻段深空測控技術，初步驗證深空測控體制，為嫦娥三號任務積累工程經驗

　　三 驗證100公里月球軌道捕獲技術

　　四 驗證100公里15公里軌道機動與快速測定軌技術

　　五 試驗低密度校驗碼（LDPC）遙測信道編碼、高速數據傳輸、降落相機等技術

　　六 對嫦娥三號任務預選著陸區進行高分辨率成像試驗，提高嫦娥三號任務著陸安全性

　　四大科學目標

　　一 獲取月球表面三維影像，分辨率優於10米

　　二 探測月球物質成分，探測硅、鎂、鋁、鈣、鈦、鉀、釷、鈾的含量與分佈特徵，獲得元素分佈圖

　　三 探測月壤特性，估算月壤厚度

　　四 嫦娥二號在軌運行期間正是太陽活動高峰年，嫦娥二號可探測研究太陽高能粒子事件、太陽風等，研究太陽活動與地月空間及近月空間環境的相互作用

　　本版稿件/據新華社電