探月工程高级顾问欧阳自远详解嫦娥二号使命

张巧玲

2010年10月08日09:26  来源:《科学时报》

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  10月1日18时59分57秒, 嫦娥二号卫星在西昌卫星发射中心由长征三号丙运载火箭发射升空,成功实现星箭分离,进入地月转移轨道。

  10月6日午11时06分,在北京航天飞行控制中心的精确控制下,嫦娥二号卫星开始实施第一次近月制动,32分钟后,卫星顺利进入周期约12小时的椭圆环月轨道。通过这次“太空刹车”,嫦娥二号结束奔月飞行,成功被月球捕获,进入周期12小时的椭圆轨道,成为我国第二颗绕月探测卫星,为其最终进入工作轨道,进行科学探测活动奠定了坚实基础。

  作为探月工程二期的开路先锋,嫦娥二号相比嫦娥一号有什么改进、其承担的任务和目标是什么、各大系统的特点为何、中国探月工程的历史与未来怎样……本报今日将就一系列有关嫦娥二号的问题进行全景式解读。(详见本报今日A1~A4版)

  □本报记者 张巧玲

  10月4日,刚刚从西昌卫星发射中心回京,中国探月工程高级顾问欧阳自远再次接受了《科学时报》记者的专访。尽管已不再担任嫦娥二号任务的月球应用科学首席科学家,但欧阳自远自始至终都没有松懈过牵挂“嫦娥”的心弦。

  “我非常想和你谈谈,嫦娥二号的使命与任务到底是什么,嫦娥二号的科学目标和几个技术突破之间到底有什么关系,把这些问题梳理清楚了,公众才会对嫦娥二号的使命和任务有更深入的了解。”欧阳自远说。

  工程目标可以归纳为两个方面

  此前,媒体普遍报道我国嫦娥二号任务主要要突破六大关键技术,实现六大工程目标,如突破运载火箭直接将卫星发射至地月转移轨道的发射技术,试验X频道深空测控技术,验证100公里月球轨道捕获技术,验证100公里×15公里轨道机动与快速测定轨技术,对嫦娥三号任务预选着陆区进行高分辨率成像,等等。

  为什么要有这六个技术突破?作为二期工程的先导星,嫦娥二号卫星到底要先导什么?

  “我概括成一句话:嫦娥二号作为先导星的使命是要做到承前启后,持续发展。”欧阳自远说,如果从探月工程二期系统地看嫦娥二号任务,可以将其工程目标概括为要实现两个目的。

  第一个目的是对嫦娥三号运行过程的某些关键技术进行演练和验证。

  根据嫦娥三号的运行过程和软着陆月面之前,嫦娥二号必须对嫦娥三号运行过程的某些关键技术进行演练和验证:一是突破运载火箭直接将卫星发射至地月转移轨道的发射技术;二是由于嫦娥三号将从距离月面100公里位置开始调轨,因此嫦娥二号的运行轨道要采用100公里×100公里的极轨;三是由于嫦娥三号将从距离月面15公里处开始降落,因此,嫦娥二号需要演习100公里×15公里的椭圆轨道的轨道机动与快速测定轨技术;四是建立为保证嫦娥三号降落的快速测轨体系,建立X频段测控系统。

  第二个目的是测绘嫦娥三号预选着陆区——虹湾高分辨的精细地形地貌图。

  为了绘制嫦娥三号预选着陆区的精细地形地貌图,嫦娥二号卫星必须完成两件事:一是提高相机分辨率,在距离月面15公里拍摄时,相机的空间分辨率要接近1米;同时提高激光高度计的工作效率,从嫦娥一号激光高度计1秒钟测1个点的高程提高到1秒钟测5个点的高程。二是由于相机分辨率的提高和激光高度计工作效率的改进,嫦娥二号获取的数据量会大幅提高,因此嫦娥二号卫星必须开发和具有一种高速传输数据的能力,由原来嫦娥一号3兆的传输码速率提高到6到12兆。

  “嫦娥二号任务的六大技术创新点都是围绕演练、验证嫦娥三号运行过程的某些关键技术和如何绘制着陆区的高分辨地形地貌图这两个工程目标服务的。”欧阳自远说。

  嫦娥二号的科学目标将获得更多新的科学探测成果

  嫦娥一号任务的科学目标可以概括为4点:获取月球表面三维影像,分析月球元素、矿物与物质类型的含量和分布,探测月壤特性,估算月壤厚度和He-3资源量,探测地月空间环境。

  由于嫦娥二号卫星是嫦娥一号任务的备份星,在嫦娥二号任务中,同样制定了4个科学目标。嫦娥二号科学应用首席科学家、中国科学院国家天文台台长严俊在接受记者采访时介绍,嫦娥二号任务的4个科学目标分别是获取月球表面三维影像、分辨率优于10米,探测月球物质成分,探测月壤特性,探测地月与近月空间环境。

  欧阳自远认为,虽然都是4个科学目标,但由于嫦娥二号与嫦娥一号的运行条件完全不同,因此会导致它们的科学目标有很大差别。

  一是嫦娥二号的运行轨道与嫦娥一号完全不同。嫦娥一号的运行轨道是200公里×200公里的极轨,嫦娥二号有100公里×100公里极轨和15公里×100公里的椭圆两种轨道。

  二是嫦娥一号运行的2007年到2008年间是太阳活动的低谷年,而嫦娥二号运行的半年时间2010年到2011年太阳活动进入了小峰年。

  “运行轨道和运行环境的改变,会给嫦娥二号任务带来很多新的内容。”欧阳自远说。

  第一目标是高分辨三维影像图。嫦娥二号不会再做全月三维影像图,因为它无法再对全月面进行全覆盖,但它要完成诸多预选着陆区的地形地貌高分辨率的三维影像,像元分辨率要小于10米。其中,嫦娥三号着陆区——虹湾的高分辨率三维影像的空间分辨率要达到1米左右。其次,要尽量制出月球高分辨率的三维影像,像元分辨率要小于10米。此外,要将嫦娥一号与嫦娥二号三维影像数据进行对比、验证、校正与融合,优化数据反演和处理模型。

  第二个目标是开展太阳活动峰年期间月球表面某些元素的含量与分布探测。欧阳自远表示,嫦娥一号运行期间处于太阳活动谷年,嫦娥二号任务期间正值太阳活动的小峰年,为嫦娥二号卫星上携带的γ射线谱仪和X射线谱仪提供了极为有利的探测条件,可以得到更高探测精度和更多的元素的含量与分布的科学探测数据。

  第三个目标是制作高分辨率的全月球微波图。最近在意大利罗马举行的2010年欧洲行星科学大会上,嫦娥一号提交的“全月球微波图像”被选为2010年度欧洲行星科学大会新闻发布会的最佳新闻,全月球微波图像被评价为“全世界第一幅全月球微波图像”。通过对该图的研究,深化了对“月球的热流和内部能源”的认识、发现了“月球辐射的昼夜变化规律”、发现“月球上He-3富集的地区”、是开展月球形成和演化研究的重要科学素材,也是评估月球基地选址和月表环境特征的重要工程数据。

  嫦娥二号将获取高分辨率的全月球微波图像,可将这个图像与嫦娥一号任务制作出的全月微波图的数据互补、相互校正和融合,将取得领先水平的研究成果。

  第四,探测太阳活动峰年近月空间包括行星际空间、月球屏蔽区间、地球的磁鞘与磁尾区高能粒子和太阳风离子的通量、能谱及其随时间的变化情况,一定会有更多的新发现。

  “表面上嫦娥一号与嫦娥二号的科学目标相似,其实二者的探测任务、探测内容和探测水平截然不同。”欧阳自远认为。

(责任编辑:赵竹青)
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