嫦娥二號全程揭秘:“二姑娘”後期有望試驗落月
作者:贺超
如果將嫦娥探月系統比作一個大家庭,嫦娥二號就是這個家庭中的“二姑娘”。今天她將攜手長三甲火箭家族的“老三”長三丙,走上一場新婚探月之旅。就嫦娥二號的載荷、登月方式等關鍵性技術環節,中國探月工程副總設計師於登雲、嫦娥二號衞星總設計師黃江川等專家予以揭秘。
談及嫦娥二號將來的三種歸宿時,專家表示,衞星可能會對月球做補充探測,最終考慮試驗落月。
奔月軌跡 “二姑娘”出嫁走天梯
嫦娥二號在奔月軌道和環月運行軌道上不同於嫦娥一號,她將直接由運載火箭送至地月轉移軌道進行奔月,這樣既可以更好地節約衞星所攜帶的燃料,同時也可以縮短衞星到達月球的時間。而嫦娥一號是先發射到地球附近的過渡軌道,再經過多次調整進入奔月軌道。
在環月運行軌道上,嫦娥二號主要運行在100公里的圓軌道和近月點15公里、遠月點100公里的橢圓軌道上,這樣便可以更好地探測月球表面環境,並對後續發射的嫦娥三號備選着陸區進行高分辨率成像。
有人做過形象的比喻:嫦娥一號衞星採用的發射軌道猶如讓衞星通過“走步梯”的方式,在星箭分離後依靠自身的動力達到奔月點,而嫦娥二號衞星直接由火箭送入地月轉移軌道奔月口,好像坐的是“電梯”,一步到位。這個比喻形象地説明了兩種發射方式的不同。
這種地月轉移軌道發射方式,可以大大縮短衞星奔月的時間。相比於嫦娥一號衞星,嫦娥二號衞星的奔月時間縮短了一半還多,預計112小時(近5天)即可到達月球。
專家指出,嫦娥二號衞星的發射成功,充分驗證了火箭直接把衞星送上地月轉移軌道的技術和能力,將成為我國探月後續工程採用的軌道方式。
衞星載荷 相機是必備“嫁妝”
嫦娥二號繞月飛行高度由嫦娥一號時的200公里降低到100公里,為月球拍近照。它所攜帶的CCD相機的精度也由之前的120米的分辨率提高到7米以內,分辨率提高了17倍。也就是説,相機“聚焦”精確度提高了17倍。
據瞭解,至今國際上還沒有分辨率優於10米的全月立體圖像,而嫦娥二號CCD立體相機具有這種高精度能力,將為我國探月做出國際領先的科研成果。
衞星一舉一動受監視
和嫦娥一號不同,嫦娥二號還攜帶了四台微小相機,這是它所特有的。這四台相機分別為發動機監視相機、定向天線監視相機、太陽翼監視相機和一台降落相機。
衞星主發動機是衞星在太空中進行軌道調整的唯一動力,其作用相當於汽車引擎。衞星在奔月途中的軌道調整、接近月球時的減速、在軌運行時改變軌道高度等關鍵動作都需要靠主發動機點火來完成。如果發動機因出現故障而失去工作能力,那麼衞星就會失去控制,壽命即告終結。對發動機工作狀態的監視一般通過遙測數據進行判讀,為了更好地瞭解發動機在太空中的實際工作狀況,專門給主發動機配備了一台監視相機,拍攝發動機工作的視頻圖像,供設計師參考。
定向天線是針對月球探測的特殊需要設計的天線,用於將衞星自身的各種信息和探測數據傳回地面接收站,是衞星與地球連接的紐帶。與地球衞星天線固定安裝不同,嫦娥二號定向天線要在月球圍繞地球轉、衞星圍繞月球飛的三體運動環境下,始終保持對準地球。也就是説,在衞星繞月飛行過程中,定向天線要隨着衞星位置的變化不斷轉動,以保持始終對準地球,否則地面站將無法接收衞星發出的信號。
太陽翼帆板是衞星的能量來源,也是影響衞星工作壽命的另一個關鍵部件。衞星發射時太陽翼處於摺疊狀態,星箭分離後展開,在衞星飛行過程中還要不斷調整方向,以跟蹤太陽,使太陽翼獲取足夠的能量,供衞星完成成像等各項任務。
太陽翼展開及在地、月、星三體運動中保持對日定向的過程比較複雜,較其他系統更容易出現故障,雖然在地面做過充分的試驗驗證,但仍不能保證在太空中100%可靠。而第三台監視相機可以拍攝太陽翼展開及工作過程,獲取的圖像資料供技術人員進行深入研究,對改進太陽翼設計、提高整星可靠性非常有益。
黑白相機尋覓着陸點
實現月面軟着陸是探月二期工程的主要目標之一,着陸器在降落過程中將根據圖片自主避開不適於降落的地點,“臨機決斷”選擇一塊適宜降落的平坦表面。因此,降落相機的性能是影響着陸器軟着陸能否成功的一個關鍵因素。降落相機可根據需要選擇清晰拍攝或快速拍攝工作模式對月面拍攝。由於月面目標均為灰色,此相機為黑白相機。嫦娥二號衞星在飛行中將把軌道高度降低到15公里的高度,對這樣一台全新設計的降落相機的性能進行實戰考驗,為將來嫦娥三號的探月征程打好前戰。
雖然這四台相機都只有手掌大小,每台重量僅三四百克,看起來與我們平常用的數碼相機相差無幾,但集成了光、機、電、熱等多項先進技術和自動拍攝、即時圖像壓縮等智能化功能,能應付惡劣的太空輻射、温度環境,能承受發射時的強烈衝擊和振動。