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獨家解讀嫦娥一號探月衛星之“變軌”

人民網科技頻道 特別策劃    編輯:張文君

快訊:遠望三號傳來消息 嫦娥第3次變軌成功

 

 

  人民網科技訊:北京時間10月29日18時01分39秒,遠望三號測量船傳來消息,衛星第3次變軌成功。

 

  嫦娥一號衛星第3次變軌成功后,將由24小時軌道轉入48小時軌道,遠地點高度由7萬多公裡提高到12萬多公裡,開創了我國最遠航天測控的新紀錄。

 

  嫦娥一號衛星在48小時周期軌道上運行一圈后,將於10月31日實施最后一次變軌。變軌成功后,衛星進入地月轉移軌道,開始奔向月球的漫漫旅程。[詳細]

 

 

快訊:嫦娥一號開始實施第二次近地點變軌

 

  人民網科技訊:北京時間10月29日17時56分,位於南太平洋上的遠望三號測量船發出指令,嫦娥一號衛星開始實施第二次近地點變軌,這也是衛星入軌后的第三次變軌。[詳細]

解讀嫦娥一號探月“變軌”

嫦娥一號衛星

 

變軌示意圖

 

 

"嫦娥"一號首次變軌為何在遠地點進行?


  25日17時55分,北京航天飛行控制中心對嫦娥一號衛星實施首次變軌控制並獲得成功。這次變軌是在衛星運行到遠地點時實施的,而此后將要進行的3次變軌均在近地點實施。為什麼首次變軌選擇在遠地點進行?   

 

  北京跟蹤通信與技術研究所的張波是探月工程測控系統的主任設計師,曾參與完成了嫦娥一號衛星測控通信方案的總體設計任務。他說,在對衛星的運行軌道實施變軌控制時,一般選擇在近地點和遠地點完成,這樣做可以最大限度地節省衛星上所攜帶的燃料。嫦娥一號衛星的首次變軌之所以選擇在遠地點實施,是為了抬高衛星近地點的軌道高度。   

 

  “隻有在遠地點變軌才能抬高近地點的軌道高度。”張波說,“同樣的道理,要改變遠地點的高度就需要在近地點實施變軌。第一次變軌我們把衛星近地點的高度抬高后,就會增加布置在近地點附近測量船的跟蹤測控時間,有利於監視變軌過程。因為,衛星離地面越高,測控站、船跟蹤測控的時間就會越長,這就為以后要進行的3次近地點變軌打下堅實的基礎”。   

 

  張波介紹說,按照測控方案安排,10月26日將對嫦娥一號衛星實施第一次近地點變軌。變軌后,衛星將進入遠地點為71400千米、周期為24小時的運行軌道。第二次近地點變軌后,衛星將進入遠地點為121700千米、周期為48小時的繞地運行軌道。第三次近地點變軌時,衛星將進入地月轉移軌道,踏上長達5天的奔月征途。

 

  根據開普勒關於行星運動的三大定律的第一定律:所有行星的運動軌道都是橢圓,太陽位於橢圓的一個焦點。在以太陽S為極點、近日點方向SP為極軸的極坐標中,行星相對於太陽的運動軌跡為橢圓PP1P2P'1P', PSP'=2a表示橢圓的長徑。這個定律也適用於衛星系統。既然是橢圓軌道,當然就有離的最近的和離的最遠的地方啦,所以,環繞地球飛行的飛行物,在橢圓 的軌道上(離地球)最遠的就是遠地點,最近的就是近地點

 

  

  “嫦娥一號”加力三次才能離開繞地軌道

 

  “嫦娥一號”衛星在發射升空后要先圍繞地球用5天的時間轉5圈,第一個階段是繞3圈,每圈16小時,第二階段是用24小時繞一圈,第3個階段是用48小時繞一圈。

 

  火箭把衛星送入軌道約一天后,地面注入指令,衛星主發動機點火實施變軌,將近地點抬高到約600公裡,讓衛星經過測控站上方時速度相對減少,便於后續控制。第二、三、四次點火實施變軌,讓衛星不斷加速:這3次變軌目的都是加速,每變軌一次,衛星的速度就增加一點,通過3次累積,衛星加速到10.916公裡/秒以上的進入地月轉移軌道的最低速度,向月球飛去。

 

 

  “變軌”重要性:

 

  24日18時29分,星箭成功分離之后,嫦娥一號衛星進入近地點為205公裡,遠地點為50930公裡,周期為16小時的超地球同步軌道。衛星在這個軌道上“奔跑”一圈半后,預計於25日下午進行第一次變軌。變軌后,衛星軌道近地點將抬高到離地球約600公裡的地方。衛星和運載火箭分離后,需要4次變軌,才能逐步加速到地月轉移軌道的入口速度。每次近地點加速的時間隻有短短的幾分鐘,必須在短時間內及時向衛星發出指令,而衛星發動機必須精確響應,否則衛星就有可能飛向別的方向。

    

     

模擬動畫:探月全過程

 

     

              第一次遠地點變軌

 

第一次近地點變軌

 

第二次近地點變軌

 

嫦娥發射路線

 

     

 

 嫦娥一號征途中需10次保駕護航

 
  

    嫦娥一號衛星成功實施第一次變軌

 

  “嫦娥一號”於北京時間25日17時55分成功實施第一次點火變軌。變軌后,“嫦娥一號”的近地點高度將從200公裡提高到600公裡,以增大地面測控弧段。這次變軌先由地面注入指令,衛星上推力為50牛頓的調姿發動機開始點火,約4分鐘后,推力為490牛頓的主發動機點火實施變軌。按照計劃,“嫦娥一號”將繼續在16小時軌道飛行一圈半。10月26日下午,當衛星再次到達近地點時,進行第二次點火加速,進入遠地點高度為71000千米的24小時軌道。

 

 
  

     嫦娥一號衛星成功實施第二次變軌

 

  26日17時33分,北京航天飛行控制中心向嫦娥一號衛星發出指令,開始實施第二次變軌。這是衛星的第一次近地點變軌。11分鐘后,遠望三號測量船傳來消息,衛星變軌成功。變軌前,北京飛控中心對軌道參數及控制參數進行了精確計算,隨后向在太空飛行了3圈、處於近地點的嫦娥一號衛星發送了高精度控制指令,衛星主發動機准時點火,使衛星進入24小時周期軌道,遠地點高度由5萬多公裡提高到7萬多公裡。這次變軌為衛星在預定時間到達設計的地月轉移入口點創造了條件。

 
 

   嫦娥一號29日將實施入軌后的第三次變軌

 

  29日18時左右,嫦娥一號衛星將實施入軌后第三次變軌。衛星進入這一軌道后,星上搭載的紫外敏感器將擇機開始對地球和月球成像。   

  從27日開始,我國的USB——VLBI綜合測定軌系統所屬的各測控站、船以及4個天文觀測站已全面啟動,對嫦娥一號衛星實施跟蹤測控。衛星在第二次近地點實施變軌時,由於要將遠地點高度由7萬多公裡抬高到12萬多公裡,衛星上的主發動機點火時間將比第一次變軌時間更長,推力更大。衛星進入48小時周期軌道后,星上搭載的紫外敏感器將擇機開始對地球和月球成像,等進入繞月軌道后再將數據傳回地面。   

 
 

   嫦娥一號衛星發動機10次點火控制的全過程

 

  第一次點火,抬高近地點:火箭把衛星送入軌道約一天后,地面注入指令,衛星主發動機點火實施變軌,將近地點抬高到約600公裡,讓衛星經過測控站上方時速度相對減少,便於后續控制。   

 

  第二、三、四次點火,讓衛星不斷加速:這3次變軌目的都是加速,每變軌一次,衛星的速度就增加一點,通過3次累積,衛星加速到10.916公裡/秒以上的進入地月轉移軌道的最低速度,向月球飛去。>>>詳細

“嫦娥奔月”十大關節點

 
關節點一:發射
10月24日發射升空
關節點二:入軌
起飛后繞地球飛行
關節點三:變軌
25日第一次 26日 29日
關節點四:奔月
已7天熱身31日正式奔月
關節點五:修正
地面指令下軌道修正
關節點六:制動
11月5日減速“剎車”
 
 
來源:人民網科技 (責任編輯:馬麗)
 
 
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