探月·工程解读篇

24日18时05分,在西昌这个被称为“月亮女儿的故乡”的地方,长征三号甲运载火箭托举着嫦娥一号卫星顺利升空——“嫦娥”就这样开始了奔月之旅。“如果从卫星发射到最后数据分析过程的10个关键环节都能顺利完成,那么我国首次绕月探测就圆满成功了。”中国绕月探测工程总指挥栾恩杰说。那么,这10个关节点是指什么呢?

关节点一:发射

将嫦娥一号卫星送上太空的,是被誉为“金牌火箭”的长征三号甲运载火箭。长征三号甲运载火箭的第15次发射,迄今该型号火箭的发射成功率为100%。

关节点二:入轨

卫星能否准确进入预定轨道,是判断发射是否成功的重要标志。长征三号甲运载火箭在发射嫦娥一号卫星时,通过第一、二级和第三级的第一次点火,先将卫星送入近地轨道,并在近地轨道滑行飞行一段时间。在火箭起飞的第1249秒,三级火箭第二次点火;第1373秒,三级火箭二次点火发动机关机。第1473秒,星箭分离成功,卫星进入近地点约200千米、远地点约51000千米、运行时间为16小时的大椭圆轨道,成为一颗绕地球飞行的卫星。关节点三:变轨

当嫦娥一号卫星在16小时轨道飞行一圈半后,25日下午,地面注入指令,卫星上调姿发动机开始点火,约4分钟后,主发动机点火实施变轨,将轨道近地点抬高到离地球约600公里的地方。

10月26日下午,当卫星再次到达近地点时,卫星主发动机再次打开,巨大的推力使卫星上升到24小时轨道。

在24小时轨道上运行3圈后,卫星上的主发动机第三次点火,实施第二次近地点变轨,嫦娥一号卫星进入48小时轨道。这一时刻大约在10月29日。

关节点四:奔月

在3条大椭圆轨道上经过7天“热身”后,嫦娥一号卫星将正式奔月。10月31日,当卫星再一次抵达近地点时,主发动机打开,卫星的速度在短短几分钟之内提高到10.916千米/秒以上,进入地月转移轨道,真正开始了从地球向月球的飞越。

嫦娥一号卫星选择这样的奔月方式,有3方面的优点:一是可确保重力损耗控制在5%以下;二是将几次近地点机动安排在同一地区,有利于地面监测;三是安排了24小时轨道,比较方便地解决发射日期延后的问题。

关节点五:修正

在地月转移轨道,也就是从地球轨道到月球轨道的这段距离,嫦娥一号卫星需要飞行约114个小时。在高速飞行的过程中,卫星必须在地面的指令下进行中途轨道修正。一般来讲,至少需要进行两次修正,第一次是在进入地月转移轨道的一天之内,第二次是在到达月球的前一天内。

关节点六:制动

11月5日前后,当嫦娥一号卫星到达距月球200千米位置时,需要进行减速制动,也就是“刹车”。只有这样,才能被月球引力捕获,成为绕月飞行的卫星。

这是实现绕月飞行的一个重要步骤:“刹车”晚了,卫星就要撞到月球上去;而“刹车”早了,则会飘向太空。“刹车”是否成功,关键取决于卫星当时的位置和速度矢量是否正确。我国科学家已经突破了这一技术难题。

关节点七:绕月

嫦娥一号卫星的第一次近月制动,将发生在11月5日,从地月转移轨道进入12小时月球轨道。从这一刻起,嫦娥一号卫星成为真正的绕月卫星。

11月6日前后,嫦娥一号卫星进行第二次近月制动,速度进一步降低,卫星进入3.5小时轨道,并在这个轨道上运行7圈。

11月7日前后,嫦娥一号卫星进行第三次近月制动,进入127分钟月球极月轨道。这是卫星绕月飞行的工作轨道。这个轨道为圆形,离月球表面200千米。

关节点八:探测

建立月球工作轨道后,嫦娥一号卫星携带的“8种武器”将开始大显身手。

如果不出意外,卫星所携带的CCD立体相机在11月下旬就可以传回第一张月球照片,这是绕月成功的重要标志。

首次被应用到月球探测中的微波探测仪,将对月壤厚度和氦-3资源量展开探测;而由太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器组成的空间环境探测系统,将不间断地捕捉质子、电子和离子,对4万到40万千米范围的“地—月”空间环境展开探测。

关节点九:传输

按照科学家的通俗说法,这次为“嫦娥”买的是“单程票”。那么,一去不复返的嫦娥一号卫星,如何从38万千米外将探测数据传回地球?

嫦娥一号卫星携带的传输天线有两部:一部是定向天线,方向始终对着地球上的接收天线;一部是全向天线,也就是没有固定方向的天线。关节点十:研究

嫦娥一号卫星获得的数据十分珍贵。能否利用好这些数据,将决定着探月活动价值的高低。传到地面的数据将被送到设在北京的地面应用系统总部,进行预处理。完成预处理的数据,将由地面应用系统组织更多的科学家和技术人员进行进一步的研究和处理。

根据来自国防科工委的消息,目前我国探月二期工程已完成总体实施方案编制论证。

“嫦娥”将创我国航天史上7项第一

我国首次绕月探测工程,将开创我国航天史上多项第一。

——第一次探测月球。嫦娥一号卫星是我国首次开展对地球以外天体进行探测的飞行器,主要任务是携带有效载荷进入环月轨道对月球进行科学探测。

——第一次突破地球近地轨道。月球距离地球的平均距离为38万公里,从地球到达月球轨道至少需要10次较大的轨道控制。

——第一次为月球“画像”,真正用立体相机来获得月球三维影像。至今国际上还没有覆盖月球全球的三维照片。

——第一次探测月球表面元素。这次绕月探测工程的一项重要科学目标,是分析月球表面有用元素及物质类型的含量和分布,对月球表面有开发利用和研究价值的元素含量与分布进行探测。我国将在美国探测的5种元素的基础上,再增加9种,共探测14种元素的分布。

——第一次利用微波辐射计探测月壤厚度及其分布。

——第一次在航天器的测控中引入天文测量手段。我国目前的测控站只能支持近地航天器的测控,还没有专门的深空测控站,因此在绕月探测工程中引入了天文手段以补充现有航天测控网不足的方案。用于观测恒星的大型射电望远镜,将在嫦娥一号卫星测控任务中发挥重要作用。

——第一次利用国际联网对航天器进行深控。欧洲空间局的3个测控站以及智利的CEE测控站,将采用国际通用的传输协议对卫星提供测控支持。

“嫦娥”奔月轨道设计独具匠心

“嫦娥一号卫星的轨道设计体现了经济性和可靠性的综合考虑,是我国科学家独具匠心的设计。”卫星副总设计师黄江川24日表示。

直接将卫星从地面发射到地月转移轨道,需要比长征三号甲运载火箭能力大很多的火箭,发射成本将成倍提高。“我们将卫星发射到16小时的近地轨道,这是成本低廉的长征三号甲火箭完全能够胜任的。”黄江川说。

在轨道设计中,黄江川介绍说,从地球轨道奔向月球的机会每月只出现一次,具有相对的惟一性。

■相关链接

人类探月大事记

2006年8月1日-9月28日,完成卫星系统与测控系统正样对接试验。

2006年8月1日-9月28日,完成卫星系统与测控系统正样对接试验。

2006年10月20日,地面应用系统密云50m天线通过验收。

2006年10月28日-11月19日,完成整星热平衡与热真空试验。

2006年11月27日,完成星箭对接、分离试验。

2006年12月27日,月球探测工程中心组织各系统开始进行 “两个百分之百”的复查复审、反思、质疑活动。

2007年1月12日,运载火箭完成出厂测试。

2007年1月16日,绕月探测工程领导小组召开第四次会议,审议并通过了工程转入发射实施阶段。

2007年1月19日,“嫦娥一号”卫星通过月球探测工程中心和航天科技集团联合评审。

2007年1月29日,国务院总理温家宝和副总理曾培炎视察绕月探测工程。

2007年 2月 8日,绕月探测工程指挥部召开会议,决定将“嫦娥一号”卫星发射窗口调整为2007年下半年。

2007年 5月28-6月10日,完成“嫦娥一号”卫星任务1:1全过程演练。

2007年 8月 3日,“嫦娥一号”通过出场评审。

2007年8月10日,绕月探测工程领导小组召开第五次会议,决定工程转入发射实施阶段,定于2007年 10月发射“嫦娥一号”卫星。

2007年8月19日,“嫦娥一号”卫星进场。

2007年9月20日,长征三号甲运载火箭进场。

2007年10月22日,国家航天局宣布择机执行绕月探测工程嫦娥一号飞行任务。

本版稿件均据新华社电