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嫦娥二号成功开展拓展性试验任务

2011年09月02日10:02    来源:《科学时报》     手机看新闻

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  “嫦娥奔月”“夸父逐日”,遥远的传说凝结着中国人对茫茫宇宙的深深向往。8月25日23时27分,当嫦娥二号卫星受控准确进入距离地球约150万公里远的、太阳与地球引力平衡点——拉格朗日L2点环绕轨道的时候,中国在深空探测的道路上又向前迈进了一大步。

  超期服役 担负新使命

  2011年3月的一天,在国家国防科技工业局的主会议室,探月工程重大专项第八次领导小组会议如期举行。这次会议将最终决定嫦娥二号的“归宿”。实际上,从2010年10月1日嫦娥二号成功发射之日起,有关她的最终“归宿”就一直成为热点话题。

  专家指出,对于嫦娥二号的归宿有三个选项:一是让嫦娥返回地球轨道;二是着陆月球为嫦娥三号落月积累经验和数据;三是远赴深空,开展拓展性试验。

  工程总体组织各系统经过反复论证、科学研判,最终决定:开展拓展性试验,奔赴日地L2点进行深空探测。

  4月1日,嫦娥二号顺利安全运行180天,半年设计寿命期满,圆满完成了各项工程目标和科学探测任务,星上剩余燃料充足,全系统状态正常稳定,拓展试验随即展开。

  “嫦娥二号的拓展试验分三项内容:第一项是补拍月球南北两极的图像;第二项是用主发动机降轨至15公里轨道高度,对嫦娥三号预选着陆区进行高清晰成像;第三项也是最重要的一项,就是从月球轨道逃逸,到达日地L2点,进行深空探测。”探月工程总体部副部长刘彤杰介绍说。

  4月24日至5月20日,嫦娥二号成功控制卫星完成对月球两极拍图,实现了高分辨率月图的完整覆盖;

  5月21日至23日,嫦娥二号完成降轨试验,实现了对虹湾区域进行分辨率优于1.5米的高清晰成像,又获得了幅宽6公里左右的“斑马线”16轨,与已获图像有效拼接,进一步了解虹湾区域的地形地貌,将为嫦娥三号着陆区域的选择提供可靠信息;

  6月9日,嫦娥二号卫星正式飞离月球,奔向150万公里远的日地L2点。

  开展拓展性试验任务,嫦娥二号的工作寿命有望延长至两年。而这“多出来的”两年时间,对航天人来说极其珍贵。

  日地L2点距离地球大约有200个地球半径那么远。抵达那里后,嫦娥二号上搭载的太阳风粒子探测器、太阳高能粒子探测器、X射线谱仪和γ射线谱仪等有效载荷将对高能粒子和太阳风进行动态监测,并对可能的太阳X射线爆发和宇宙γ爆等进行观测,获取科学数据,将提高人类对日地空间环境的认识。

  长途跋涉 向深空迈进

  拉格朗日点位于太阳和地球的延长线上,由法国数学家拉格朗日1772年推导证明出,共有5个。其中,日地L2点受万有引力的干扰最小,在日地L2点上卫星消耗很少的燃料即可长期停留,因此是观测整个宇宙的理想位置,也成为此次嫦娥二号拓展试验,迈向深空的目的地。

  奔月难,奔向150万公里深空更难。嫦娥二号卫星的这次旅程无疑是中国航天史上飞得最远的一次“跨越”。“新”轨道设计、“远”距离跨越、“长”时间旅程、“准”测控保障……这些都在考验着中国航天人。

  从4月1日嫦娥二号圆满完成既定任务到6月9日飞离月球,奔向深空只有短短两个月的时间。轨道设计面临巨大挑战,必须同时考虑日、地、月三个天体的引力场;同时,由于误差更敏感,这对卫星的精确执行能力也是一个考验。

  嫦娥二号卫星主任设计师黄昊说,这使卫星的轨道设计复杂度大大提高,短短两个月的时间设计全新的轨道方案,在环绕目的地飞行阶段,卫星只要有任何一点扰动,都会漂离,因此在轨道设计的精度方面,要求比此前的卫星控制设计高得多。

  “从40万公里到170万公里长途跋涉,距离远会带来很多的问题:信号衰减,使测控的难度大大增加,现在几乎把所有的能力挖掘到了极限。”嫦娥二号测控系统副总设计师周建亮说,由于距离实在太远,嫦娥二号卫星需要具备接受更弱信号的能力。

  从地球到月球,嫦娥二号用了112小时,而到达日地L2点,则要用77天。考虑到嫦娥二号携带燃料有限,最终选择了一条最低能量轨道,尽管耗时长,但燃料消耗值最低,同时卫星携带的备用燃料也大大增强了安全性,但燃料用尽的风险始终伴随着“嫦娥”的征程。

  据了解,嫦娥二号的设计寿命只有半年,但未来还将继续工作一段时间,这对卫星仪器设备的可靠性、实际能力都是一个检验。零窗口发射、精准的测控,使卫星节省了大量燃料,嫦娥二号的远征之旅始终能量充裕;精良的轨道设计,使原定四次的中途轨道修正只进行了一次即到达了日地L2点。

  “嫦娥二号飞往日地L2点,可以说是我国航天领域的又一个重大跨越,成为世界首个直接从月球轨道飞赴日地L2点的航天器,标志着我们在轨道设计、飞行控制、测控、通信方面的技术有了突破,也是我们国家第一次进行一次发射、执行多个任务、多个目标深空探测的一次有益尝试。”探月工程副总指挥吴志坚说。

  长路漫漫 光荣与梦想同在

  纵览国际航天风云,向深空进军,是大势所趋。

  探月工程专家告诉记者,如果一切顺利,嫦娥二号将不断创造我国航天飞行测控的新纪录,卫星上搭载的四种科学仪器能够长期观测,还将不断获取丰厚和珍贵的宇宙探测数据。

  探月工程总设计师吴伟仁难掩内心的激动对记者说,嫦娥二号顺利到达日地L2点将很好地检验我国进入深空的轨道设计能力;验证我国150万公里以远的深空探测和通信能力;检验我国在建的35米和64米的深空探测站的探测能力,为未来我国航天器驶向更远的宇宙空间奠定基础;同时,对太阳高峰年的探测将大大提高人类对日地空间环境的认识。

  在“嫦娥”远赴深空的漫漫征程中,每一个环节、每一个动作,都凝聚着数千名工程科技人员的心血和智慧。拉格朗日L2点,既见证了我国在航天领域取得的又一重要跨越,又将成为中国人迈向深空的新起点。
(责任编辑:王泓漓)

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