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阅读 4698 次 历史版本 1个 创建者:abc (2010/10/5 5:22:23)  最新编辑:abc (2010/10/5 5:22:29)
嫦娥二号探月卫星
同义词条:嫦娥二号卫星,嫦娥二号
  嫦娥二号探月卫星,简称“嫦娥二号卫星”或“嫦娥二号”,是嫦娥一号卫星的姐妹星,由长三丙火箭发射。嫦娥二号卫星上搭载的CCD相机的分辨率将更高,其它探测设备也将有所改进,所探测到的有关月球的数据将更加翔实。“嫦娥二号”于2010年10月1日18时59分57秒在西昌卫星发射中心发射升空。作为工程二期的技术先导星,嫦娥二号的主要任务是为嫦娥三号实现月面软着陆开展部分关键技术试验,并继续进行月球科学的探测和研究。

“嫦娥二号”的五大系统


2010年10月1日18时59分57秒,搭载着嫦娥二号卫星的长征三号丙运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射
2010年10月1日18时59分57秒,搭载着嫦娥二号卫星的长征三号丙运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射
  “嫦娥二号”共由卫星、运载火箭、发射场、测控和地面应用5大系统构成。

  1.卫星系统:由中国航天科技集团公司空间技术研究院为主承担,其中有效载荷由中国科学院负责研制。其主要任务是研制“嫦娥二号”卫星,完成在轨试验和探测任务。

嫦娥一号是月球探测卫星工程系统中最重要的一环,由中国空间技术研究院负责研制。该月球探测卫星选用东方红三号卫星平台,总质量2350千克,设计寿命一年。该星体尺寸为2000毫米×1720毫米×2200毫米,并充分继承资源一号、二号等地球卫星的现有成熟技术和产品,进行适应性改造。所谓适应性改造就是在继承上的创新,突破一批关键技术。例如,三维定向技术,即卫星的太阳能电池翼、遥感器和传输信息的天线分别要时刻对准太阳、月亮、地球。另外,在月球探测卫星的轨道设计和紫外月平仪的研制等方面,也都开展技术攻关。它采用三轴稳定方式,对月定向工作,将运行在距月球表面200千米的圆形极轨道上。

为了实现探月的四大科学目标,嫦娥一号上载有6套24件130千克月球探测仪器,其中包括CCD立体相机、激光高度计、成像光谱仪、γ/X射线谱仪、微波探测仪、太阳风离子探测器等。其中CCD立体相机是拍摄全月面三维影像的专用相机,在我国首次使用;成像光谱仪用于获取月面光波图谱;γ/X射线谱仪用于探测月球表面元素;微波探测仪除用于获取月壤的厚度信息之外,还能够给出月球背面的亮度温度图和月球两极地面的信息。

从发射到进入环月工作轨道,嫦娥一号奔月要转几次路线,飞行时间大约需要10天才能到达月球附近的轨道。整个飞行过程要经历调相轨道、地月转移轨道、月球捕获轨道和环月工作轨道几个阶段。

第一阶段的月球探测卫星工程系统是由月球探测卫星、运载火箭、发射场、测控和地面应用等五大系统组成。

用于发射嫦娥二号的长征三号丙火箭
用于发射嫦娥二号的长征三号丙火箭
  2.运载火箭系统:由中国航天科技集团公司运载火箭技术研究院为主承担,主要任务是改进研制“长征三号丙”运载火箭,将“嫦娥二号”卫星直接发射至近地点200公里、远地点约38万公里的地月转移轨道。

嫦娥一号选用长征三号甲发射,由中国运载火箭技术研究院负责研制。该火箭全长52.52米,最大直径3.35米,地球同步转移轨道运载能力为2600千克,已有10多次全胜发射记录。

根据设计,月球探测器的运行轨道为近地点200千米、远地点5.1万千米,属于大椭圆轨道,必须要求火箭能够精确地将探测器送入预定轨道,才能准确完成预定的探测任务。为了满足探月卫星的特殊要求,对长征三号甲火箭控制系统增加了单机和线路的备份,确保火箭飞行过程中不出现任何偏差,万无一失。

选择长征三号甲主要考虑到它是“长征”系列火箭家族中发射成功率最高的成员之一。由于该火箭拥有更灵活先进的控制系统,可以在星箭分离前对有效载荷进行大姿态调姿定向,并提供可调整的卫星起旋速率,因而具有很强的适应性。

因为地球和月球之间的运动,嫦娥一号发射时间是择机确定的,要考虑到光照、太阳入射角、测控条件以及轨道限制等因素,一个月当中只有35分钟适宜发射的“窗口期”,也就是说,错过这35分钟也就意味着错过了一个月,将不得不等到下个月再发射。所以,嫦娥一号将在其发射窗口到来的前三天发射,按计划,嫦娥一号发射后将绕地球运转3圈,做加速运动,这3圈时间分别是16、24和48小时,之后将奔月而去,并在抵达月球前‘急刹车’,而它进入绕月轨道后,仍将围绕月球极地轨道转三圈,稍做调整才进入预定工作轨道,从发射到正式工作需要花费近半个月的时间。

嫦娥一号从起飞到进入目标轨道的飞行过程中将多次经过中国上空。如果地理位置、天气条件允许的话,人们有可能用肉眼观测到现代“嫦娥”奔月的情景。

 
“嫦娥”发射场西昌基地
“嫦娥”发射场西昌基地
 3.发射场系统:由西昌卫星发射中心和北京特种工程研究院承担,主要任务是完成发射场适应性改造及发射试验任务的组织、指挥、实施和技术勤务保障。

  发射场系统由西昌卫星发射中心负责建设,选在西昌卫星发射中心,改建一系列的发射工位。

  西昌卫星发射中心由总部、发射场、通信总站、指挥控制中心和三个跟踪测量站,以及其它一些相关的生活保障单位组成。发射场的地理坐标是 28°14'42.11"N 102° 1'45.77"E。主要担负广播、通信和气象等地球同步轨道(GTO)卫星发射的组织指挥、测试发射、主动段测量、安全控制、数据处理、信息传递、气象保障、残骸回收、试验技术研究等任务。

  “嫦娥一号”卫星发射后两年多来,西昌卫星发射中心先后完成发射场空调系统、常规加注系统、氮氧站等一系列设备改造项目,测控通信系统更新大量设备,以适应“嫦娥二号”卫星发射任务需要。

  与此同时,针对“嫦娥二号”卫星及其运载火箭技术状态的变化情况,中心组织科技人员开展分析研讨,修订试验文书,优化测试流程,广泛开展针对性训练,掌握设备状态,培养出一大批执行卫星发射任务的岗位技术能手。

  根据适应“嫦娥二号”卫星发射任务的需求,西昌卫星发射中心着手建设质量、环境和职业健康安全一体化管理体系,目前这一体系已在该中心航天发射任务中投入试运行,目标是打造成为现代化的绿色生态型航天发射场。

航天测控通信网示意图
航天测控通信网示意图
  4.测控系统:由北京跟踪与通信技术研究所负责总体设计,北京航天飞行控制中心、西安卫星测控中心、中国卫星海上测控部和中科院上海天文台等单位承担,并与欧空局积极开展国际测控联网合作。主要任务是完成火箭发射、卫星奔月和在轨工作等全寿命的测控任务,并支持卫星系统开展相关技术试验和科学探测任务。

测控系统是绕月探测工程的一个重要组成部分,负责运载火箭发射和嫦娥一号卫星整个飞行任务期间的轨道测量、遥测监视、遥控操作和飞行控制,以及嫦娥一号卫星探测应用期间的任务计划的实施与操作管理,并通过高精度的测定轨,为地面应用系统科学探测数据的处理提供轨道数据保障。

目前,我国的绝大部分卫星距离地面在4.2万千米以内,属于“近程”的范围;在嫦娥工程中,我国探测卫星距离地面最远可达44万千米,是地球同步卫星距离地面的10倍以上,属于“远程”范围。与近程测控通信相比,深空远程测控通信会碰到信号衰减大、无线电波传输时延长、信息传输速率受限、高精度导航困难等难题。

为解决这些问题,绕月探测工程的测控通信系统采用USB+VLBI的解决方案。即立足我国现有的“统一S波段(USB)”航天测控网,辅以甚长基线干涉仪天文测量系统(VLBI系统),通过必要的适应性改造,满足嫦娥一号各飞行阶段的遥测、遥控、轨道测量和导航任务。

 
嫦娥二号的地面应用系统
嫦娥二号的地面应用系统
 5.地面应用系统:由中科院国家天文台为主承担,负责科学探测计划制定,有效载荷的在轨运行管理,探测数据的接收、处理、解译和管理,并开展科学数据的研究与应用。

  该系统包括月球探测卫星运行管理中心、数据接收中心及科学数据处理和研究中心三个部分。

  运行管理中心是地面应用系统的神经中枢,负责对嫦娥二号卫星上的8种24件的科学探测仪器进行指挥调度,保证仪器有序工作,以免“撞车”现象。比如,下达指令给卫星上的照相机什么时候睁开眼睛工作、给月球拍照,什么时刻闭上眼睛给照相机充电,都要通过地面系统来发出指令。它也是地面应用系统业务的运行中枢。技术人员使用这里的硬件与软件设备,对整个地面应用系统进行控制,并调度地面应用系统运行。

  数据接收中心负责接收嫦娥二号送回地面的科学数据。嫦娥二号卫星工作在38万千米之外,所以数据信号传输的衰减量大,传输的时间延迟也长,地面能够接收到数据的地域覆盖率低。为了能够接收从遥远的嫦娥二号卫星上传来的数据,地面应用系统建设了两座国内最先进的深空探测地面站:密云地面站和昆明地面站。

  通过天线接收下来的信息只是一些二进制的数据,需要把这些二进制的数据转换成能够被科学家进行科学研究的图像、谱线等数据。经过预处理之后,这些产品还不能成为公众所能理解的成果,需要对这些数据产品进行“深加工”,加工成能够很直观地反映月球表面各种特征的图件,例如我们期望看到的月球表面的“立体地图”、岩石类型的分布图等等。这个工作是由科学数据处理研究中心最终完成的。

“嫦娥二号”的十大目标


 
嫦娥二号飞行模拟图
嫦娥二号飞行模拟图
 “嫦娥二号”任务主要分为工程和科学两大目标。从工程上来说,“嫦娥二号”任务这次有两大目标,即验证先进技术、探测备选着陆区。

  嫦娥二号卫星系统副总设计师饶伟说,嫦娥二号卫星到15公里轨道上时特别对嫦娥三号探测器的备选着陆区勘测成像,获取地形地貌信息以保证其未来安全着陆。

  饶伟说,嫦娥三号探测器计划于2013年左右发射并在月球软着陆,目前选择在月球的虹湾地区着陆,因此要对这么一块南北100公里、东西300公里的区域预先进行高分辨率成像。

  从科学目标上说,“嫦娥二号”任务有四个科学目标,除了前面提到的要获取分辨率优于10米的月球表面三维影像之外,还有探测分析月球表面元素含量与分布、探测月壤、探测地月与近月空间环境。

六大工程目标


  1.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  突破直接进入奔月轨道的弹道设计技术、运载火箭低温三子级滑行时间可调技术,利用长征三号丙运载火箭将卫星直接送入地月转移轨道,降低二期工程后续任务的实施风险。

  2.试验X频道深空测控技术,初步验证深空测控体制  在嫦娥二号卫星上搭载X频段应答机,与我国X频段地面测控设备配合,验证X频段测控体制,为嫦娥三号任务积累工程经验。

  3.验证100公里月球轨道捕获技术  选择与嫦娥三号任务相似的奔月、月球捕获轨道,通过实际飞行掌握直接奔月和100公里近月捕获技术,为嫦娥三号任务探索技术途径;嫦娥二号卫星在100公里轨道长时间运行,探测100公里轨道空间环境,积累更多的近月空间环境数据,提高月球探测热红外分析模型的准确性。

  4.验证100公里×15公里轨道机动与快速测定轨技术  开展100公里×15公里轨道机动试验,验证嫦娥三号任务着陆前在不可见弧段变轨的星地协同程序;在100公里×15公里轨道飞行期间,验证100公里×15公里轨道快速测定轨能力,这些测定轨数据对深入研究月球重力场分布,提高重力场模型精度有重要意义。

  5.试验低密度校验码(LDPC)遥测信道编码、高速数据传输、降落相机等技术  配置降落相机,校验其对月成像能力;试验强纠错能力的LDPC信道编译码技术,提高卫星遥测链路性能,为探月工程和其他深空探测项目提供技术储备;将卫星数传码速率提高至 6Mbit/s,试验12 Mbit/s,以期满足数据传输量增大的需求。

  6.对嫦娥三号任务预选着陆区进行高分辨率成像试验  在100公里×15公里轨道,CCD立体相机在 15公里近月点处对嫦娥三号任务预选着陆区进行优于1.5米分辨率成像试验;在100公里圆轨道,对预选着陆区进行优于10米分辨率成像。利用预案着陆区月表图像,绘制三维地形图,有利于定量评估预选着陆区的特性,提高嫦娥三号任务着陆安全性。

四大科学目标


  1.获取月球表面三维影像,分辨率优于10米  利用CCD立体相机获取高分辨率的月球表面三维影像,结合激光高度计获取的月表地形高程数据,可获取月球表面高精度地形数据,为后续着陆区优选提供依据,同时为划分月球表面的地貌单元精细结构、断裂和环形构造,提供原始资料。

  2.探测月球物质成分  利用经技术改进的γ射线谱仪和X射线谱仪,可以探测月球表面9种元素——硅、镁、铝、钙、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。

  3.探测月壤特性  利用微波探测技术,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。

  4.探测地月与近月空间环境  嫦娥二号卫星在轨运行期间正是太阳活动高峰年,是探测研究太阳高能粒子事件、CME、太阳风,及它们对月球环境影响的最佳探测时期。利用太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器,获取行星际太阳高能粒子与太阳风离子的通量、成分、能谱及其随时空变化的特征,可研究太阳活动与地月空间及近月空间环境的相互作用;获取地月空间环境数据,可为后续探月工程提供环境科学数据。

嫦娥二号的改进和提高


  相对嫦娥一号来说,嫦娥二号做了多方面改进和提高,欧阳院士将其概括为八个方面:

  1.嫦娥二号与嫦娥一号的轨道设计不同,这次发射的嫦娥二号将新开辟地月之间的“直航航线”,即直接发射至地月转移轨道,这将使嫦娥二号的地月飞行时间大大缩短;

  3.嫦娥二号卫星将在距月球表面约100千米高度的极轨轨道上绕月运行,较嫦娥一号距月表200千米的轨道要低,有利于对重点地区做出精细测绘;

  3.嫦娥二号直飞月球的方式对运载火箭的入轨精度和入轨速度提出了更高要求,执行此次任务的长征三号丙火箭,较之前护送嫦娥一号上天的长征三号甲火箭增加了两个助推器;

  4.为获得着陆区的精细地形数据,嫦娥二号激光高度计在月面上留下的“激光足印”间距更小,激光测距精度也可达5米,从而获得月球上几个重点区域的高密度高程测量数据;

  5.嫦娥二号所携带的CCD立体相机的空间分辨率由嫦娥一号时期的120米左右提高到小于10米,其他探测设备也将有所改进,所探测到的有关月球的数据将更加详实;

  6.嫦娥二号的主要科学目标是对月球着陆区和其他重点区域进行精细测绘、立体成像,精细探测月面的元素成分与分布,月壤的电磁特性、粒度纬度和月壤层厚度,近月空间的环境等。嫦娥二号将获得的这些更高空间分辨率的探测数据可以与嫦娥一号的探测数据进行互相校核;

  7.嫦娥二号将演练嫦娥三号软着陆前的15千米×100千米椭圆轨道,这是探月卫星首次如此近地接近月表;

  8.根据月球探测二期工程的要求,新增了X频段的测控,使得我国深空测控通信能力将扩展到“地球——火星”间的距离。

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