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“嫦二”续写“探月梦”
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2011 年 8 月 31 日 星期    【打印】  
继欧空局和美国之后,中国飞行器成功造访拉格朗日L2点
“嫦二”续写“探月梦”
  核心提示

  据国家国防科技工业局消息,截至8月30日,中国第二颗月球探测卫星嫦娥二号已环绕拉格朗日L2点稳定运行近5天时间,预计9月1日与太阳、地球、拉格朗日L2点处在同一平面内。这标志着嫦娥二号成功完成了各项拓展试验,中国在航天领域取得又一重要跨越,为中国探月工程后续工作及深空探测的开展奠定坚实基础。

  准确进入

  距地球150万公里外深空

  从6月9日受控飞离月球,经过77天飞行,8月25日23时27分,中国第二颗月球探测卫星嫦娥二号在世界上首次实现从月球轨道出发,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点的环绕轨道。

  8月25日23时24分,嫦娥二号卫星上4台10N推力器准时点火,经过约3分钟工作,卫星受控进入日地拉格朗日L2点的环绕轨道。我国成为世界上继欧空局和美国之后第三个造访L2点的国家和组织。

  嫦娥二号环绕L2点的轨道是类似椭圆形的李萨茹轨道,卫星环绕轨道一圈需6个月时间。嫦娥二号将在此轨道环绕L2点开展为期1年多的探测活动。

  6月8日至9日,嫦娥二号卫星经过两次加速控制,成功飞离月球,进入月球至L2点转移轨道。在飞行过程中,原计划实施的3至4次轨道中途修正,仅于6月20日实施了一次就实现了预期控制目标。其间,卫星工作正常稳定,测控通信状态良好,并对沿途空间环境进行了探测。

  实现突破

  中国乃至国际航天多个“第一”

  嫦娥二号拓展试验的成功实施,实现了中国航天飞行从40万公里到150万公里的跨越,以较小的代价、创新的方式,实现了曾经论证过的“夸父”计划(在日地之间的L1点上观测空间环境及其对地球的影响)的主要工程技术和部分科学目标,对于研究空间天气应用和空间环境预警都具有开创性意义。

  嫦娥二号拓展试验的成功实施,创造了中国航天乃至国际航天的多个“第一”:是国际上第一次从月球轨道出发探测拉格朗日点的航天活动;第一次实现中国对月球以远的太空进行探测;中国第一次开展拉格朗日点转移轨道和使命轨道的设计和控制,并实现150万公里远距离测控通信。

  嫦娥二号成功环绕L2点飞行,标志着中国月球及深空探测领域的创新能力取得新突破,中国成为世界上继欧空局和美国之后第三个造访L2点的国家和组织。

  嫦娥二号卫星自2010年10月1日成功发射,至2011年4月1日半年设计寿命期满,全面实现既定的各项工程目标,完成科学探测任务。截至寿命期满,卫星运行状态良好,剩余燃料较充足,全系统状态正常稳定。

  使命盘点

  完成三项科学拓展试验

  嫦娥二号设计寿命期满后开展三项拓展试验:一是在已获取99.9%月球图像的基础上,补全月球南北两极漏拍点,以期获得世界最全的高分辨率月球图;二是用主发动机降轨至15公里,再次对嫦娥三号预选着陆区虹湾地区进行高清晰成像,以验证在月球背面卫星不可监测的条件下导航控制与推进系统协同能力;三是择机离开月球,飞往L2点长期驻留,进行科学探测。

  为确保完成三项拓展试验,国防科工局牵头,组织卫星、测控和地面应用三大系统,细致研究燃料利用、试验时机、月食应对等因素,统筹兼顾三项试验任务,明确提出了“卫星安全优先、尽量延长寿命、合理安排试验、务求最大效益”的试验原则,重点对飞往L2点探测进行了4个多月的专题论证,形成了完整的顶层设计和实施方案,经专家评审和总指挥批准后,于4月下旬开始实施。

  4月24日至5月20日,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,成功控制卫星的主发动机实施降轨,对虹湾区域进行高清晰成像,又获得了幅宽6公里左右的16轨图像,有利于进一步了解虹湾区域的地形地貌,为嫦娥三号着陆区域的选择提供更多信息,同时验证了在月球背面不可视情况下的大推力自主轨道机动技术,为嫦娥三号月面软着陆进行技术验证。这两项试验的成功实施,为卫星飞往L2点探测创造了有利条件。

  飞往L2点的拓展性试验,具有轨道新、距离远、飞行时间长、准备时间短等特点,试验成果将进一步验证中国深空探测关键技术,深化科学探测,获取更多创新成果,并为探月工程后续工作乃至深空探测的开展储备技术,积累宝贵经验。

  嫦娥二号卫星预计环绕L2点飞行至明年年底,进一步验证中国150万公里远距离测控能力。同时,嫦娥二号卫星上搭载的太阳风离子探测器、太阳高能粒子探测器、X射线谱仪及γ射线谱仪等有效载荷,将探测地球远磁尾的带电粒子,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,提高对日地空间环境的认识。

  解读

  “嫦二”直面六大挑战

  嫦娥二号卫星测控系统总设计师周建亮近日表示,此次拓展试验对我国航天测控能力提出了六大挑战:

  第一,轨道新。从月球出发到日地拉格朗日L2点,在全世界范围内是第一次,研究积累比较少,现在需要综合考虑三个天体引力场,在轨道设计方面面临很多的挑战。

  第二,距离远。嫦娥一号、二号已经把测控能力提高到40万公里,但L2点距地球150万公里,比探月远很多,这会带来很多问题,如信号的衰减等,使得测控难度大大增加。

  第三,飞行时间长。从逃逸到进入绕飞轨道,按照目前的设计是需要经过约3个月的时间,这个时间相比奔月阶段不到5天的时间要长很多,其间,会涉及许多控制步骤。

  第四,准备时间短。周建亮说,此次试验不是嫦娥二号预定的任务,只在4月1日嫦娥二号圆满完成各项任务之后,需要进行后续拓展试验,才开始进行轨道设计以及各方面的准备工作,只有短短两个多月时间。

  第五,控制余量小。因为这次拓展试验任务是充分利用嫦娥二号卫星的在轨资源,几乎把它的能力挖掘到了极限,已经没有太多的余量处理各种异常或者风险,因此对于初始控制、一次性控制的成功率、可靠性等都提出了很高的要求。

  第六,潜在风险大。卫星设计寿命为半年,已于4月1日到期,现在属于超期服役阶段,各方面状态、条件等逐步变化,卫星的可靠性和能力相比初期都会有一定的差异,因此会带来很多风险。

  周建亮介绍,嫦娥一号、二号使用的地面测控系统,是主要为载人航天工程开发的一套近地观测系统,飞船的飞行高度只有300多公里,为了进行月球的探测,已经拓展了它的能力,延伸到40万公里,已经极大挖掘了系统潜力,但现在又飞到150万公里,就面临更大的考验,提出了更多的要求。周建亮说,为适应此次任务的要求,地面系统首先进行了设备的改造,挖掘其能力,同时对测控软件系统也进行了升级改造,使其具备轨道的测定和控制能力,现在这个工作已经完成。

  周建亮还透露,从嫦娥三号开始,目前在建的深空测控网就要投入使用,不仅是嫦娥三号,还包括后期的火星、金星等更远距离的探测,必须用到深空网。如果嫦娥二号卫星能在150万公里以上继续正常运行至明年年底,我们就可以通过它来对地面测控网进行验证、测试。                 (据新华社 人民网)

  相关链接

  拉格朗日点

  拉格朗日点是指卫星受太阳、地球两大天体引力作用,能保持相对静止的点,由法国数学家拉格朗日1772年推导证明出,共有5个。其中L2点位于日地连线上、地球外侧约150万公里处,在L2点卫星消耗很少的燃料即可长期驻留,是探测器、天体望远镜定位和观测太阳系的理想位置,在工程和科学上具有重要的实际应用和科学探索价值,是国际深空探测的热点。     (据新华社)

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