嫦娥二號

        探月先鋒 直沖九霄

        嫦娥二號衛(wèi)星，是我國自主研制的第二顆月球探測衛(wèi)星，是整個探月工程二期的技術(shù)先導(dǎo)星。它的運行將驗證直接地月轉(zhuǎn)移發(fā)射、近月制動、環(huán)月軌道機動與定軌、X頻段深空測控、高精度對月成像等多項關(guān)鍵技術(shù)，并為后繼的嫦娥三號探月衛(wèi)星實現(xiàn)成功落月確定最佳著陸點和積累著陸經(jīng)驗。
        2010年10月1日18時59分57秒，在我國大涼山脈深處的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，隨著測發(fā)遠控樓指揮大廳01指揮員“......5、4、3、2、1”倒數(shù)口令的發(fā)出，長征三號丙火箭被點火。霎時，火箭底部橘紅色的烈焰噴涌而出，夜空如晝，地動山搖。隨后，火箭脫離發(fā)射塔上的回轉(zhuǎn)平臺，在液體燃料強大動力的推動下，以雷霆萬鈞之力，拔地而起，似一把出鞘利劍，直指茫茫蒼穹。
        捆綁有兩個助推器的運載火箭，升空飛行1533秒后星箭分離，嫦娥二號衛(wèi)星順利進入近地點高度為200公里、遠地點高度為38萬公里的地月轉(zhuǎn)移軌道上而直接奔月。這是我國首次運用火箭發(fā)射技術(shù)將衛(wèi)星直接送入地月軌道，從而實現(xiàn)了“零窗口”的準(zhǔn)時發(fā)射，破解了探月衛(wèi)星能否直接奔月的一大懸念。這項重大的技術(shù)突破，為嫦娥二號探月鋪就了一條“快速通道”，使其奔月時間由嫦娥一號的12天縮短為5天。

        近月制動 史無前例

        嫦娥二號衛(wèi)星在這次探月過程中，要進行三次近月制動。也就是說要在太空中完成“三級跳”。每次起跳點都設(shè)在衛(wèi)星當(dāng)時正在運行的軌道上，而落點則是另外一個更加靠近月球的新軌道。
        嫦娥二號衛(wèi)星飛行到月球附近時，其相對月球的速度大于月球逃逸速度。如果不減速，衛(wèi)星將飛離月球。要實現(xiàn)繞月飛行，就必須進行制動，將飛行速度降低到月球逃逸速度以下，從而被月球捕獲成為其衛(wèi)星。

        近月制動，是衛(wèi)星飛行過程中最為關(guān)鍵的軌道控制。而第一次制動是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，也最為困難。嫦娥二號衛(wèi)星要從“奔月軌道”跳到“環(huán)月軌道”上去，這一動作被五大系統(tǒng)公認(rèn)為是太空中難度系數(shù)最高的一次跳躍，風(fēng)險極大。如果制動過晚，衛(wèi)星就逃逸出去；如果制動不精確，就會撞上月球。而且，第一次近月制動如果失敗，衛(wèi)星不能進入環(huán)月軌道，那么整個探月工程便告失敗。因此，這就需要測控中心進行極為精確的數(shù)據(jù)計算和有效控制。
        10月6日11時6分，北京航天飛行控制中心地面測控系統(tǒng)向嫦娥二號發(fā)出點火指令。衛(wèi)星發(fā)動機準(zhǔn)時點火，工作大約32分鐘后正常關(guān)機。第一次近月制動成功，衛(wèi)星順利進入周期約為12小時的橢圓形環(huán)月軌道中。
        第二次近月制動，于10月8日上午10時45分進行，整個時間持續(xù)1000秒。這個過程是第一次近月制動的二分之一，第二次近月制動之后，環(huán)月軌道調(diào)整到近月點100公里、遠月點2000公里處，周期為3.5小時。這次制動，使嫦娥二號衛(wèi)星進一步降低了飛行速度而駛?cè)氲健斑^渡”軌道里。
        10月9日上午11時32分， 嫦娥二號衛(wèi)星被成功實施第三次近月制動，順利進入軌道高度為100公里的圓形環(huán)月工作軌道。與前兩次相比，這次制動沖進了千秒大關(guān)，持續(xù)時間縮短。
        與嫦娥一號衛(wèi)星相比較，嫦娥二號實施近月制動的距月距離更近、速度更快，制動量更大。
        此次近月制動成功，不但使嫦娥二號順利進入“軌道使命”進行科學(xué)探索活動。也使我國航天測控“月球精密定軌”技術(shù)的高科技性得到了驗證。
　         
        深空測控  優(yōu)勢突出

        深空探測需要運用高科技技術(shù)和操作先進的設(shè)備，嫦娥二號做到了這一點。
        在當(dāng)前的深空探測領(lǐng)域，將X頻段作為主要測控頻段，是國際上通用的做法和將來的發(fā)展趨勢。為了適應(yīng)X頻段測控的技術(shù)要求，我國自主開發(fā)研制了專項測控設(shè)備—S／X頻段統(tǒng)一測控系統(tǒng)。作為探月二期的專項工程，這套系統(tǒng)于2008年11月落實研制任務(wù)，至2010年9月初完成安裝聯(lián)試和入網(wǎng)驗證。該系統(tǒng)具有接收靈敏度高、傳輸帶寬、工作模式多的特點。其天線口徑達18米，可以與S／X雙頻段同時工作。它不僅能夠完成測控任務(wù)，而且具備20Mbps和200Mbps的數(shù)傳接收能力。

        嫦娥二號衛(wèi)星繞月距離長，信號弱，動態(tài)大，因此對測控設(shè)備的要求很高。盡管困難重重，但其設(shè)備在10月3日嫦娥二號衛(wèi)星X頻段測控試驗中首次使用時，各項指標(biāo)均達到設(shè)計要求。

        七大載荷  數(shù)據(jù)豐富

        嫦娥二號衛(wèi)星上，攜帶著7大有效載荷，即7種探測儀器：TDI—CCD立體相機、激光高度計、X射線譜儀、γ射線譜儀、微波探測器、太陽高能粒子探測器和太陽風(fēng)離子探測器。這些設(shè)備于10月15日全部開機運行，同時所承擔(dān)的四大科學(xué)任務(wù)也全部開展，即獲取分辨率優(yōu)于10米的月球表面三維影像、探測月球物質(zhì)成分、探測月壤特性、探測地月與近月空間環(huán)境。
        “嫦娥二號”攜帶的TDI—CCD立體相機，采用多條線陣CCD對同一目標(biāo)重復(fù)曝光原理，可以滿足高分辨率對相機曝光控制的要求，是我國相關(guān)載荷研制技術(shù)的一個重要突破，也是國際上在月球探測中的首次使用。
        嫦娥二號環(huán)月飛行時遠月點高度為100公里，近月點高度最低只有15公里。因此，TDI—CCD相機就可把圖像分辨率從嫦娥一號的120米提高到優(yōu)于10米，在軌道最近處甚至可以達到1米。TDI—CCD立體相機還可獲取分辨率極高的月球表面三維影像，并結(jié)合激光高度計獲取月表地形高程數(shù)據(jù)，為后續(xù)衛(wèi)星的著陸區(qū)優(yōu)選提供依據(jù)；同時，也為劃分月球表面的地貌單元提供了原始資料。
        探測月球物質(zhì)成分。嫦娥二號這次使用的γ射線譜儀，精確地探測了月壤表面9種元素——硅、鎂、鋁、鈣、鈦、鉀、釷、鈾的含量與分布特征，獲得了高空間分辨率和高探測精度的元素分布圖。
        微波探測器用來探測月壤特性，估算其厚度。以前都是用雷達探測，但雷達功耗大，占用衛(wèi)星資源多，為此嫦娥二號攜帶的是微波探測儀。它實際上是只接收月面微波輻射的微波輻射計，所需能量雖小，卻可以接收4個頻段（3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz、37GHz）的月面微波輻射，不同的微波頻段，可以帶來月表下不同深度的月壤或月巖信息。
        嫦娥二號的飛行軌道比嫦娥一號低，因此 微波探測器天線波束在月面的覆蓋縮小，從而提高了探測的空間分辨率，獲得了更準(zhǔn)確的月壤信息。

        嫦娥二號衛(wèi)星在軌運行期間，正值太陽活動高峰年，是探測研究太陽高能粒子事件、CME（日冕物質(zhì)拋射，即太陽日冕中的物質(zhì)瞬時向外膨脹或向外噴射的現(xiàn)象）、太陽風(fēng)以及它們對月球環(huán)境影響的最佳探測時期。利用太陽高能粒子探測器和太陽風(fēng)離子探測器，嫦娥二號獲取了行星際太陽高能粒子與太陽風(fēng)離子的通量、成分、能譜及其隨時空變化的特征，這些資料可以用來研究太陽活動與地月空間及近月空間環(huán)境相互作用的狀況，為后續(xù)探月工程提供環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)。
嫦娥二號衛(wèi)星向地面?zhèn)骰亓舜罅康目茖W(xué)探測數(shù)據(jù)。其傳輸數(shù)據(jù)的效率是嫦娥一號的2倍，即從3兆碼(3兆/秒)速率擴展到6兆碼。除了數(shù)據(jù)傳輸速率的提高之外，嫦娥二號衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也要多于“嫦娥一號”，這是兩顆衛(wèi)星在科學(xué)數(shù)據(jù)傳輸方面的重要區(qū)別。

        對月成像  五大突破

        10月26日21時27分，北京航天飛行控制中心對嫦娥二號衛(wèi)星實施降軌控制，約18分鐘后，衛(wèi)星成功進入虹灣成像軌道，次日開展月球虹灣區(qū)域圖像的拍攝。
        降低運行軌道，是為了讓衛(wèi)星更進一步接近月球，以便對月球虹灣區(qū)進行高分辨率成像。在月球引力場影響下，衛(wèi)星軌道近月點迅速下降，容易出現(xiàn)軌道漂移。此外，發(fā)動機點火進行變軌時，衛(wèi)星正好位于月球背面，大部分時間處于“盲控”狀態(tài)，控制難度和風(fēng)險大大增加。之所以將衛(wèi)星降到距月球15公里的軌道，是為了更加接近月球，獲取高分辨率圖像。
        這次降軌控制，對控制精度提出了極高的要求。為確?？刂迫f無一失，北京中心采用非對稱軌道控制技術(shù)，有效解決了近月點高度低、測控不可見、月球引力場對軌道影響大等技術(shù)難題，大大提升了控制可靠度。
        承擔(dān)“嫦娥二號”衛(wèi)星月面拍照的3臺監(jiān)視相機和1臺降落相機，由北京空間機電研究所研制。這4臺微型相機性能優(yōu)越，成像清晰度極高，達到了當(dāng)今國際先進水平。其中3臺監(jiān)視相機分別用來監(jiān)視490N發(fā)動機、定向天線和太陽翼展開等關(guān)鍵飛行動作，以展示衛(wèi)星飛行過程中重要活動的進展現(xiàn)狀。降落相機所收集的圖像信息，則是提供給相關(guān)科研人員對嫦娥三號著陸器進行軟著陸先期的技術(shù)驗證。
        新型相機跟隨“嫦娥二號”衛(wèi)星在太空運行的整個過程中，均拍攝到了符合高標(biāo)準(zhǔn)要求的清晰圖像，并一舉實現(xiàn)了我國的5個“首次”，即首次實現(xiàn)CMOS成像技術(shù)的航天應(yīng)用、首次進行空中監(jiān)視工程應(yīng)用、首次實現(xiàn)預(yù)視拍攝、首次在太空中拍攝到490N發(fā)動機點火瞬間、首次在飛行器奔月途中拍攝到地球影像。

        影像傳回 標(biāo)準(zhǔn)精高

        11月8日，國家國防科技工業(yè)局首次公布了嫦娥二號衛(wèi)星傳回的嫦娥三號衛(wèi)星預(yù)選著陸區(qū)月球虹灣區(qū)域局部影像圖。在嫦娥二號探月的全部過程中，一個最主要的任務(wù)就是對月球虹灣地區(qū)進行高清晰度的拍攝。這個區(qū)域?qū)⑹擎隙鹑柕窃碌闹扅c。為了滿足確保安全、通信暢通、太陽能源供應(yīng)充足且具有未被考察過的科學(xué)探索價值等條件，就必須事先對該地區(qū)的地貌進行實地拍攝，以為將來的衛(wèi)星落月提供具體、準(zhǔn)確、直觀的影像圖片資料。
        10月28日18時25分，嫦娥二號衛(wèi)星在距離月面約18.7公里處，用CCD高分辨率相機對虹灣局部區(qū)域進行了拍攝，再經(jīng)輻射、光度、幾何等校正處理后制作完成。其像元分辨率為1.3米。影像圖傳回到地面測控中心后顯示，圖像畫面清晰，層次豐富，品質(zhì)非常好，具有很高的航天決策的參考價值。

        圖像中心位置為西經(jīng)31度3分、北緯43度4分，對應(yīng)月面東西寬約8公里、南北長約15.9公里。影像圖清楚顯示，該地區(qū)表面平坦，由玄武巖質(zhì)的月壤覆蓋，分布有不同大小的環(huán)形坑和石塊，其中最大的環(huán)形坑直徑約2000米。嫦娥二號這次一共對虹灣地區(qū)獲取了16軌圖像，數(shù)據(jù)量大。這次近月的拍攝難度很大，由于衛(wèi)星距離月球較近，月表反射光會使衛(wèi)星變熱，嫦娥二號繞行一圈在虹灣地區(qū)上空的照相時間只有65秒，非常短暫。同時，虹灣屬于月海地貌，亮度比較低，要對其高精度成像，對衛(wèi)星和相機的要求都很高。而且CCD相機成像的原理就是對同一地點拍攝96張照片，而且96 張照片又要能夠完全契合。在此之前，國際上只有美國曾經(jīng)對虹灣地區(qū)成像過，其分辨率在0.5～1.5米之間。一般而言，米級分辨率被視為當(dāng)今世界上高精度成相技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。嫦娥二號這次基本保持在1.2～1.5米之間的分辨率，充分表明我國月面成像精確度技術(shù)達到了世界先進水平。
        影像圖的成功傳回，標(biāo)志著嫦娥二號任務(wù)所確定的六個工程全部完成，四個科學(xué)目標(biāo)也正在陸續(xù)實現(xiàn)?？梢哉f，探月工程二期任務(wù)取得圓滿成功。

        英才匯聚 前程光明

        嫦娥二號航天探月工程，匯集了全國幾十所高校、100多家科研院所、1000多家協(xié)作配套單位和數(shù)萬名科技人員，成功實現(xiàn)了重大科技工程的全國大協(xié)作，成功發(fā)揮了有效資源的整體組合優(yōu)勢，讓嫦娥二號的整個探月工程得以圓滿完成。這是一次社會主義制度優(yōu)越性的大檢驗，這是我國航天事業(yè)發(fā)展征途上濃墨重彩的輝煌一筆。
        11月8號，探月工程嫦娥二號月面虹灣局部影像圖揭幕儀式在北京舉行。中共中央政治局常委、國務(wù)院總理溫家寶出席揭幕儀式并為影像圖揭幕。隨后，溫總理來到國家國防科技工業(yè)局，親切看望和慰問了嫦娥二號任務(wù)參研參試人員代表，并與他們合影留念。
        中共中央、國務(wù)院、中央軍委對探月工程嫦娥二號任務(wù)取得圓滿成功也發(fā)來了賀電。賀電中說：探月工程是我國高科技領(lǐng)域的標(biāo)志工程之一。嫦娥二號承擔(dān)著為探月工程二期后續(xù)任務(wù)驗證部分關(guān)鍵技術(shù)和為預(yù)選著陸區(qū)成像的重要任務(wù)。嫦娥二號任務(wù)的圓滿完成，是繼我國首次探月工程成功后的又一重大成就，是建設(shè)創(chuàng)新型國家進程中的又一重要成果，是中國人民攀登世界科技高峰的又一壯舉，對于進一步推動我國航天事業(yè)發(fā)展，提升我國綜合國力和民族凝聚力，激勵全黨全國各族人民更加意氣風(fēng)發(fā)地投身改革開放和社會主義現(xiàn)代化建設(shè)，不斷把中國特色社會主義偉大事業(yè)推向前進，具有重大而深遠的意義。
        作為世界三大航天飛行控制中心之一的北京航天控制中心，在嫦娥二號探月航天任務(wù)中，取得了舉世矚目的顯著成效。它們成功突破四項關(guān)鍵飛行技術(shù)：一是直接地月轉(zhuǎn)移軌道重構(gòu)技術(shù)。對不同入軌偏差進行各種分析計算，保證了入軌大偏差下的衛(wèi)星成功飛向月球。二是姿控力精確補償定軌技術(shù)。有效攻克了因頻繁姿控力擾動影響定軌道計算精度的難題，提高了衛(wèi)星精密定軌能力。三是近月點非對稱軌道控制技術(shù)。有效解決了嫦娥二號15公里處降軌控制點在月面實施導(dǎo)致測控不可見、月球非球形引力場下軌道近月點漂移率迅速加快導(dǎo)致控后軌道到達虹灣前近月點漂離目標(biāo)區(qū)域等技術(shù)難題。四是飛行控制智能規(guī)劃技術(shù)。實現(xiàn)快速準(zhǔn)確完成各類事件和指令任務(wù)智能規(guī)劃的功能，全面滿足各類飛控事件的實施要求。
        嫦娥二號衛(wèi)星的探月成功，嫦娥二號任務(wù)的圓滿完成，令神州歡騰，令國人振奮，令世界為之矚目。
        我們相信，中國人利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)將“嫦娥奔月”的遠古神話變?yōu)楝F(xiàn)實，將指日可待！