中科院七台有效载荷服务"嫦娥二号"四大科学目标

张巧玲

2010年10月08日10:00  来源:《科学时报》

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  据中央电视台报道,10月2日,嫦娥二号卫星搭载的科学仪器太阳高能粒子探测器首先顺利开机,10月4日,又有两台科学仪器太阳风离子探测器和γ射线谱仪陆续开机。

  至此,嫦娥二号卫星“奔月”途中需要提前打开的3台仪器已全部顺利开机,剩下的4台设备将在卫星进入环月轨道后开机。随着有效载荷的逐步开机,它们的科学探测之旅也正式起航。

  “嫦娥二号卫星共搭载了7台有效载荷,由它们来完成嫦娥二号任务的科学探测。”中科院空间科学与应用研究中心主任、嫦娥二号任务有效载荷总指挥吴季接受记者采访时表示。

  这7台有效载荷包括:CCD立体相机、激光高度计、X射线谱仪、γ射线谱仪、微波探测器、太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器。

  其中,CCD立体相机由中科院西安光机所负责研制;激光高度计由中科院上海技术物理所承担研制;X射线谱仪由中科院高能物理所负责研制;γ射线谱仪由中科院紫金山天文台负责研制;微波探测器、太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器均由中科院空间中心负责研制。

  服务四大科学目标

  吴季表示,7台有效载荷主要是为嫦娥二号任务的四大科学目标服务的。

  一是利用CCD立体相机获取高分辨率的月球表面三维影像,相机分辨率要小于10米。二是利用经技术改进的γ射线谱仪和X射线谱仪,探测月球表面9种元素——硅、镁、铝、钙、铁、钛、钾、钍、铀的含量与分布特征,获得更高空间分辨率和探测精度的元素分布图。三是利用微波探测仪测量月球表面的微波辐射特征,获取3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz、37GHz的微波辐射亮度温度数据,估算月壤厚度。四是利用太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器探测地月与近月空间环境。

  探月工程副总设计师孙辉先介绍,在嫦娥一号任务中,共搭载了8台有效载荷,比嫦娥二号多了1台干涉成像光谱仪,由于它在嫦娥一号任务中获取的数据有效,在嫦娥二号任务中,就将其去掉并换成了高分辨率的相机。

  “由于嫦娥二号任务的工程任务和科学目标与嫦娥一号完全不同,尽管其余7台有效载荷的名字相同,但均有较大的技术改进。”孙辉先表示。

  如嫦娥一号的CCD相机分辨率是120米,而嫦娥二号任务的CCD相机分辨率要求小于10米,而拍摄着陆区时分辨率要达到1米,因此整个相机都进行了重新设计。

  嫦娥一号任务的激光高度计1秒钟测1次,嫦娥二号任务的激光高度计则需1秒钟测5次。

  γ射线谱仪在嫦娥一号任务中使用的晶体叫碘化铯晶体,在嫦娥二号任务的γ射线谱仪中采用了一种叫做溴化镧的全新材料,这种晶体能使探测灵敏度提高一倍多。

  嫦娥二号任务的X射线谱仪探测范围由过去的10kev到60kev,缩小到25kev到60kev,此外,嫦娥二号的X射线谱仪上增加了一个定标源。

  孙辉先解释说,嫦娥一号的X射线谱仪上天后被发现从10kev~25kev这个谱段的背景噪声非常强,噪声多了就掩盖了其他信号,而真正有用的元素是在后面部分;其次是发现仪器在天上可能有稍微的漂移,因此通过安装一个定标源,能使数据更准确。

  “嫦娥二号的每个有效载荷都有一些新的使命,会增加一些新的数据和新的探测内容,以改进嫦娥一号探测数据的不足,并增加原来探测的精度,因此我们对嫦娥二号任务寄予了较高的期望。”孙辉先说。

  精益求精避免失误

  在嫦娥一号飞行期间,曾发生过一些意外事件,例如有效载荷中使用的一种器件在月球表面离子的作用下发生锁定,致使几台装有此类器件的有效载荷几次发生关机、重启的情况。

  “这种器件在许多航天产品中都普遍使用,如‘双星’、神舟系列等,从来没有出现过问题,到了月间环境下,却出现了问题。”吴季说。

  出现问题后,研究人员将该器件拿回来作了非常详尽的分析后发现,嫦娥一号任务中使用的这种器件与此前航天产品上使用的型号完全一样,功能也完全相同,但生产日期不一样,批次不同,器件内部的集成度比原来提高很多,体积也缩小很多,正因为体积缩小,导致其抗单粒子锁定的能力大幅下降。

  2008年1月29日,空间中心将此事情归零,第二天整个航天界就开始普查,仅某单位就查到了1239片这种器件,用在10个型号中。其他单位也发现了大量产品都在使用这种器件。

  “这件事对我们有很深刻的教训,就是任何产品在重新选用时,即使型号相同,批次不一样就应当重新做X光检测。”吴季说。

  为了确保嫦娥二号任务不再发生类似情况,空间中心对相关的仪器进行了严格核查和重新更换。

  此外,为有效载荷服务的数据下载和管理系统也进行了较大改进。孙辉先介绍,数据下载和管理系统是有效载荷的指挥、控制、管理、数据采集中心,其中改动较大的是超大存储器,其存储容量由原来的48GB提升到128GB。

  不仅如此,嫦娥一号有效载荷使用的这一存储器,虽然抗辐射等级非常高,但此存储器一旦关机,所有存储的数据就会丢失。在嫦娥一号部分器件发生锁定时就造成过数据丢失的情况。

  “在嫦娥二号任务中必须将有效载荷的存储器设计成类似于录音笔的记录设备,即使关机数据也能保存下来。”孙辉先介绍。这种存储设备即flash memory。

  吴季介绍,研制这种大容量存储器需要经过方案设计、初样研制、正样三个阶段。研制过程中出现任何问题都必须按航天产品的五条标准进行归零。最终在研究人员的共同努力下,不到一年时间,他们完成了方案设计、初样研制、正样三个阶段,并顺利交付使用。

  此外,为保险起见,在嫦娥二号任务中,大容量存储设备由单机改成双机,相当于一台设备里有两台仪器,一个主份和一个备份,若其中一台出现问题可以切换到第二台,芯片的集成度实际被提高了,存储容量增大,其吞吐速率和处理速度也相应提高。

(责任编辑:赵竹青)
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· “嫦娥二号”探月全景报道
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