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嫦娥二號飛離月球遠探深空

發佈時間:2011年06月10日 09:38 | 進入復興論壇 | 來源:北京日報


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▲國防科技工業局公佈的嫦娥二號上的4台監視小相機拍攝的畫面(截屏圖)。

  嫦娥二號衛星今年4月1日達到為期半年的設計壽命以後,衛星上剩餘燃料充足,且性能狀態正常穩定。為了積累更多的深空探測經驗,嫦娥二號6月9日下午成功飛離月球軌道,展開深空測控的拓展試驗,由此成為我國航天測控史上測控距離最遠的一顆衛星,並邁開我國深空探測的第一步。

  奔向150萬公里外

  嫦娥二號衛星于9日16時50分05秒開機變軌,開始飛離月球軌道,飛向第2拉格朗日點繼續進行探測之旅,此次飛行距離150萬公里,預計85天后到達。嫦娥二號由此成為我國航天測控史上測控距離最遠的一顆衛星,並邁開中國深空探測的第一步。

  從15時30分開始,北京航天飛行控制中心通過國內地面測控站,開始向嫦娥二號連續發出控制指令和數據,衛星陸續完成變軌控制的各項準備動作。

  飛控大廳大屏幕上三維動畫生動展現了軌道控制的全過程。16時50分,衛星主發動機準時點火,發動機尾部噴出一團明黃色火焰,標誌著軌控開始,17時08分,衛星發動機正常關機。隨後,遙測和軌道數據的綜合分析計算表明,衛星已飛離月球,飛向深空。

  據北京航天飛行控制中心副總工程師周建亮介紹,按照軌道設計,整個飛往深空的過程分為"月球逃逸段"、"轉移飛行段"、"平動點環繞段"三個階段。9日實施的"逃逸"控制是衛星成功飛離月球的關鍵動作。由於衛星已進入超期服役階段,所剩燃料有限,控制必須保持極高的精準度。北京中心經過分析計算,採用了兩次加速的"逃逸"控制策略。6月8日下午,已對衛星進行了首次加速控制,使衛星從平均高度100公里的環月圓軌道,進入近月點高度104公里、遠月點高度3583公里、週期為5.3小時的橢圓環月軌道,也稱過渡軌道。9日的控制就是在過渡軌道上實施的,最終使衛星成功飛離月球。

  測試深空探測能力

  此次飛行試驗,是嫦娥二號衛星在圓滿完成預定工程目標後,為了進一步深化和拓展月球及深空探測成果而新增的一次拓展性試驗。

  "嫦娥二號的拓展試驗分三項內容:第一項是補全月球南北兩極的圖像,第二項是再次降至近月點15公里軌道高度,對虹灣地區進行高分辨率成像,這兩項試驗已經在5月23日全部完成。剩下第三項,也是最重要的一項,就是擇機從月球逃逸,飛往更遠的深空。"國防科工局有關負責人説。

  "我們要儘量延長嫦娥二號衛星的壽命,希望能堅持到明年底之前,因為我們正在研製35米和64米的深空測控站,到明年下半年的時候,這兩個深空站具備執行任務的能力時,可以用嫦娥二號對這兩個測控站進行測試、驗證。"除上述技術目標外,嫦娥二號奔向深空還肩負著兩項科學目標:第一是在深空開展地球遠磁尾帶電粒子探測,第二是對可能的太陽X射線爆和宇宙伽馬爆進行觀測。"不過第二個目標能否完成有一定的偶然性,因為太陽X射線爆和伽馬爆會不會在這個期間正好爆發,爆發以後能不能恰好捕捉到,一定程度上要靠運氣。"航天專家説。

  中國科學院院士、我國深空探測首席科學家、嫦娥工程總設計師顧問葉培建解釋,嫦娥二號如處在拉格朗日點上,與太陽和地球間的相對位置可保不變,所受到的太空中天體的引力影響也將減到最小,相對而言處於真正的失重狀態,可以進行更多的探測和實驗。

  面臨三項極大挑戰

  此次試驗具有軌道新、距離遠、飛行時間長、準備時間短等特點,面臨著很大的風險,對嫦娥二號衛星系統、測控系統和地面應用系統都是極大的挑戰:

  一是可靠性的挑戰。在拓展任務期間,要求衛星系統各個設備保持良好的運行狀態,這是前提和保證;

  二是整個測控的挑戰。隨著距離逐漸變遠,衛星接收信號的能量就越小,所以要求衛星上的設備具有更好的靈敏度;

  三是控制的要求。整個軌道飛行過程中,對誤差非常敏感,要求實現精確的控制。

  周建亮説,"因為嫦娥二號本身不是為這項任務設計的,而且現在屬於超期服役,我們只能充分利用嫦娥二號的在軌資源。現在為了做這個事情,幾乎把它的能力挖掘到了極限,沒有多大的餘地處理各種異常或者風險,這對於衛星控制的成功率、可靠性都提出了很高的要求。"

  "中國的深空測控網絡已可對150萬公里外的第2拉格朗日點進行控制",官方人士説,雖然飛往150萬公里外的太空是對航天技術的一大挑戰,但當前技術應可保證嫦娥二號空間探測任務的完成。(姜寧)

  意義

  創新之舉奠定基礎

  此次試驗的控制技術十分複雜,而且是國內首次,試驗一旦成功,將創造我國航天飛行測控新紀錄,也將是我國深空探測飛控能力又一次突破。此外,衛星應用系統也將獲取更多有價值的深空科學探測數據,為我國後續深空探測提供寶貴資料和經驗。

  "可以説,飛往拉格朗日點的決定,是嫦娥二號幾種可能結局中技術難度最大的",空間技術專家龐之浩介紹,這一創新之舉,是"以最小的代價,進行最大可能的科學探測"。

  有關航天專家説,現在探測月球也只是到40萬公里左右的地方,要到150萬公里遠的地方,測控、通信、數傳、軌道設計都要經過驗證,這將使中國在深空探測領域向前邁進一步。

  "這是我們深空探測技術的一次嘗試,從38萬公里之外的月球到150萬公里之外的第2拉格朗日點,嫦娥二號的探測距離一下子增長了約3倍,這將有助於研究人員開展多種能力的實驗。"中國航天科技集團公司一位不願具名的專家説。

  "衛星從月球出發奔向這麼遙遠的深空,這在世界範圍內都是第一次。"周建亮説,這次試驗的最終成果將進一步驗證我國深空探測關鍵技術,併為探月工程後續任務乃至深空探測的開展奠定堅實的基礎。

  延伸閱讀

  傳回最清晰月球圖

  嫦娥二號衛星簡稱嫦娥二號,也稱為"二號星",由嫦娥一號的備份星改進研製而成,但是嫦娥二號衛星上搭載的CCD相機的分辨率更高,所探測到的有關月球的數據更加翔實。嫦娥二號由長三丙火箭發射,其目的在於試驗、驗證嫦娥三號任務的部分關鍵技術,為嫦娥三號、四號探測器以後實現月面軟著陸鋪路。

  嫦娥二號于去年10月1日發射,經過奔月、近月制動、繞月飛行、降軌控制等多個關鍵環節,開始在環月工作軌道上運行。今年年底前,依據嫦娥二號傳回的圖像數據製作的月球影像圖將對外公佈,這將是目前世界上最清晰的月球圖,分辨率將精確到7米。

  完成第二次虹灣成像

  至今,嫦娥二號已安全運行246天,圓滿完成了六項工程目標和科學探測任務。

  中國探月工程高級顧問、中科院院士歐陽自遠介紹,如果從探月工程二期系統地看嫦娥二號任務,可以將其工程目標概括為兩類:

  第一類目標是對嫦娥三號運行過程的某些關鍵技術進行演練和驗證:一是突破運載火箭直接將衛星發射至地月轉移軌道的發射與測控技術;二是由於嫦娥三號將從距離月面100公里位置開始調軌,因此嫦娥二號的運行軌道要採用100公里100公里的極軌;三是由於嫦娥三號將從距離月面15公里處開始降落進入軟著陸軌道,因此,嫦娥二號需要演習100公里15公里的橢圓軌道的軌道機動與快速測定軌技術;四是為保證嫦娥三號降落時的快速測軌,在嫦娥二號運行期間要建立 X頻段測控系統。

  第二類目標是測繪嫦娥三號預選著陸區—虹灣的高分辨精細地形地貌圖。為此嫦娥二號衛星必須完成兩件事:一是提高CCD立體相機分辨率,在距離月面15公里拍攝時,相機的空間分辨率要接近1米;同時提高激光高度計的工作效率,從嫦娥一號激光高度計1秒鐘測1個點的高程提高到1秒鐘測5個點的高程。二是由於相機分辨率的提高和激光高度計工作效率的改進,嫦娥二號獲取的數據量會大幅提高,因此嫦娥二號衛星必須開發和具有一種高速傳輸數據的能力,由原來嫦娥一號3兆的傳輸碼速率提高到6到12兆。據報道,嫦娥二號衛星近日成功實施第二次月球虹灣區域降軌、成像及升軌控制,順利完成第二次虹灣成像。

  嫦娥二號制定了4個科學目標:獲取月球表面三維影像、分辨率優於10米;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。

  資料

  拉格朗日點

  拉格朗日點的英文名稱為Lagrangian point,是指在兩大物體引力作用下,能使小物體基本保持靜止的點。這樣的點的存在,是由法國數學家拉格朗日于1772年推導證明的。拉格朗日點又稱天平點,共有5個,其中第1(L1)、第2(L2)兩個點比較穩定,有實際的應用價值,其他3個點(L3、 L4、L5)不太穩定。

  對太陽系來説,拉格朗日點是指在雙星系統,如行星和太陽、衛星和行星軌道面上的一些點。在這些點處萬有引力與離心力平衡,衛星與太陽、行星相對靜止。

  位於拉格朗日點的衛星只需少量能源便能維持其軌道,所以適合天體望遠鏡和探測器在這裡定位。而且,與塵土飛揚的月球表面相比,拉格朗日點能為先進的天文觀測儀器提供更清晰的定點環境。

  專家解讀

  為何飛向深空?

  為探測火星做實驗

  嫦娥二號為何選擇了走向深空呢?《國際太空》雜誌副主編、空間技術專家龐之浩解釋,返回地球軌道或者地球的技術已經為我國所熟練掌握,因此實施並沒有多大的實際價值。雖然實施嫦娥二號月球著陸可以為嫦娥三號提供一些寶貴的經驗和數據,但是與奔赴深空探測太陽和地球之間環境相比較而言,後者的意義明顯要大得多。

  "目前,我國的火星探測計劃已經逐步提上了行動日程,而火星等深空探測項目與月球探測項目相比較而言,由於距離更加遙遠,其探測和遙控的難度都要大得多,因此最好能夠進行一些前期的實驗和工作,但是我們到目前為止卻缺乏任何自主實驗的深空探測數據,現在嫦娥二號剛好提供了這樣一個機會。"

  龐之浩表示,嫦娥二號飛至150萬公里之外,將成為我國飛得最遠的衛星,其後續行動計劃對我國的衛星深空追蹤能力將是一次很好的檢閱。如果一切進展順利,它將標誌著我國的遙測能力將會達到一個新的高度,併為下一步的火星探測做好充分的準備。雖然離到火星的5000萬公里飛行還有很大差距,但嫦娥二號飛行期間探測的數據、可能遇到的問題,均將為火星探測提供經驗。

  為何選擇第2拉格朗日點?

  絕佳天文觀測點 空間探索大熱門

  首先,第2拉格朗日點是地球、月球和太陽系間的平衡點,幾乎不受其他星體磁場的干擾,是絕佳的天文觀測地點,工作環境良好。

  其次,位於第2拉格朗日點的物體可以保持背向太陽和地球的方位,易於保護和校準,該點因此通常被用於放置空間天文臺。

  第2拉格朗日點是近年來國際空間探索的大熱門,歐洲的赫歇爾衛星正在第2拉格朗日點附近進行科學探測,美國哈勃望遠鏡的接班者─韋伯太空望遠鏡也將發至第2拉格朗日點。通過在這裡進行天文觀測,歐美獲得了一些前所未有的宇宙深處天文觀測成果。嫦娥二號在此進行空間探測,將促進中國天文觀測的發展。

  "嫦娥二號成功到達這裡以後,它也將為我國以後的深空天文觀測打下良好的基礎。"龐之浩表示,唯一的不足是由於第2拉格朗日點位於150萬公里之外,衛星出了問題很難得到修復,因此對衛星的性能要求非常高。

  此外,在日地系統中,將衛星發往拉格朗日點,能夠幫衛星借助"引力走廊"在太陽系內穿行,減少太空飛行的成本。造訪拉格朗日點的衛星,可以在不耗費大量燃料的情況下,只在黃道平面上下軌道運行,還能在那裏停留。因此探索拉格朗日點對研究太陽、地球之間的環境和空間具有重要意義。

  目前,美國科學家正試圖對蜿蜒曲折的太空走廊進行測繪。每一條通道均由行星與衛星間複雜的引力相互影響形成。形象地説,這些通道形成了一條"太空高速路"。太空高速路的連接點,恰恰也是拉格朗日點。測繪"太空高速路"就是要打造一條條在行星與衛星間蜿蜒前行的低能量通道,減少探索太陽系過程中使用的燃料。在通道中行進的飛船不會向下墜落,而是沿著通道前行,就像在地球上一樣。利用這些通道能夠減少人類太空飛行的成本,應用前景非常美妙。

責任編輯:魏錚

熱詞:

  • 深空探測
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