10月1日18时59分57秒,长征三号丙火箭在我国西昌卫星发射中心点火发射,把嫦娥二号卫星成功送入太空。这标志着探月工程二期任务迈出了成功的第一步。 嫦娥二号卫星是我国自主研制的第二颗月球探测卫星,是探月工程二期的技术先导星。与嫦娥一号卫星相比,二号卫星进行了多项技术改进,将验证直接地月转移发射、近月100公里制动、环月轨道机动与定轨、X频段测控、高精度对月成像等多项关键技术,为实现成功落月积累经验。
发射约25分钟后,星箭分离,卫星顺利进入近地点高度200公里、远地点高度约38万公里的地月转移轨道。这是我国首次运用火箭发射技术将卫星直接送入地月转移轨道。这一技术的突破,为嫦娥二号铺就了一条“快速路”,奔月时间由嫦娥一号的12天减为5天。
据介绍,嫦娥二号卫星奔月飞行约112小时,在此期间将进行2―3次轨道修正。经过3次近月制动,卫星将建立起距月球100公里的圆轨道。在完成在轨测试和技术验证后,卫星进入100×15公里椭圆轨道,拍摄虹湾备选着陆区的图像,并验证快速测定轨等相关技术。1―2天后,卫星返回100公里轨道,开展科学探测任务。嫦娥二号卫星在轨工作设计寿命为半年,之后将视情况安排相关科学实验。
据探月工程总设计师吴伟仁介绍,探月工程二期一共有三次任务,包括嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥四号。三号和四号处于初样研制阶段,估计2013年前后在月面实现软着陆,并释放月球车。三期工程的目标是进行无人采样返回,计划在2020年之前完成。
10月2日12时25分,在北京航天飞行控制中心科技人员的精心控制下,嫦娥二号卫星成功实施首次地月转移轨道中途修正。据探月工程总设计师吴伟仁介绍,嫦娥二号卫星飞行轨道设计与嫦娥一号不同,相比嫦娥一号先发射到地球附近的调相过渡轨道,再经过多次调整进入奔月轨道,嫦娥二号采用直接进入奔月轨道的发射方式,大大缩短了卫星中途飞行时间。
远望六号测量船于北京时间10月2日8时5分结束嫦娥二号地月转移轨道第一次中途修正前的卫星测控任务。至此,远望号船队圆满完成嫦娥二号卫星海上测控任务。中国卫星海上测控部成立32年来,远望号船已经68次远征三大洋,累计海上航行9100多天,总航程达166万海里,相当于绕地球77圈。
10月5日上午,嫦娥二号任务测控通信指挥部指挥长、北京航天飞行控制中心主任朱民才5日上午告诉记者,由于首次中途轨道修正满足入轨精度要求,嫦娥二号卫星原计划需进行的中途轨道修正再次取消。
10月6日上午11时6分,在北京航天飞行控制中心的精确控制下,嫦娥二号卫星实施第一次近月制动,32分钟后,卫星顺利进入周期约12小时的椭圆环月轨道。
据嫦娥二号任务测控通信指挥部副指挥长、北京航天飞行控制中心副主任麻永平介绍,近月制动是卫星飞行过程中最关键的一次轨道控制。嫦娥二号卫星飞行到月球附近时,其相对月球的速度大于月球逃逸速度,要实现绕月飞行,必须进行制动,将飞行速度降低到月球逃逸速度以内,从而被月球引力捕获,成为月球卫星。
据介绍,与嫦娥一号卫星相比,嫦娥二号实施近月制动时距月面更近、速度更快、制动量更大。同时,月球重力场对卫星轨道的摄动影响也相应增大,进而对轨道控制精度、近月点捕获后快速定轨的精度提出了更高的要求。这对卫星的控制能力和测控系统的测量精度提出了更高的要求。此次近月制动成功,为嫦娥二号最终进入“使命轨道”进行科学探测活动奠定了坚实基础,使我国航天测控“月球精密定轨”技术得到了进一步验证,标志我国航天测控水平有了新的提高。
10月8日上午10时45分,在北京航天飞行控制中心的精确控制下,嫦娥二号卫星开始实施第二次近月制动,约17分钟后,卫星顺利进入周期约3.5小时的椭圆环月轨道。
据介绍,第二次近月制动主要目的是使嫦娥二号卫星进一步降低飞行速度,使其进入“过渡”轨道,从而为卫星最终进入工作轨道做准备。11时03分,北京中心根据实时遥外测数据监视判断,经过第二次“太空刹车”,嫦娥二号卫星远月点高度由 8631公里降至1830公里。第二次近月制动获得成功。
10月9日上午11时32分,在北京航天飞行控制中心的精确控制下,嫦娥二号卫星成功实施第三次近月制动,顺利进入轨道高度为100公里的圆形环月工作轨道。
上午11时17分,北京航天飞行控制中心发出指令,嫦娥二号卫星490牛发动机成功点火,约15分钟后,发动机正常关机。根据实时遥外测数据监视判断,卫星远月点高度由1825公里降至约100公里,进入周期约118分钟的圆形环月工作轨道,第三次近月制动获得圆满成功。
截至15日下午17时10分,嫦娥二号卫星上搭载的除CCD立体相机以外的6种有效载荷已全部开机,在轨测试完成后将陆续开展科学探测。
据卫星有效载荷分系统专家介绍,嫦娥二号卫星上搭载了7种有效载荷,分别是CCD立体相机、激光高度计、γ射线谱仪、X射线谱仪、微波探测仪、太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器。其中,太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器、γ射线谱仪在卫星奔月期间已经开机工作。除CCD相机以外的其他3种载荷在卫星进入工作轨道,转入侧飞状态下陆续开始在轨测试,为今后的科学探测工作做准备。
据卫星有效载荷分系统专家介绍,激光高度计主要用于对全月球进行较为详细的三维地形测量。γ射线谱仪主要通过测量月表物质的γ射线,探测有用元素的含量和分布,该仪器已于10月4日开机,完成了γ射线宇宙弥漫背景数据的获取。X射线谱仪的功能是通过测量月表物质的荧光X射线谱,获得月球表面有用元素的含量和分布。
微波探测仪、太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器的设计与嫦娥一号大致相同,其中,微波探测仪主要用于测量不同深度的月球土壤微波辐射亮温,进而反演出月壤厚度的信息;太阳高能粒子探测器主要通过对来自太阳的带电粒子通量的分析,获得地月空间环境的科学数据;太阳风离子探测器主要探测原始太阳风离子能谱等反映地月空间环境的重要数据。
10月26日21时27分,北京航天飞行控制中心对嫦娥二号卫星实施降轨控制,约18分钟后,卫星成功进入虹湾成像轨道,为在月球虹湾区拍摄图像做好了准备。
据北京航天飞控中心副总师周建亮介绍,降低运行轨道是为了让卫星更进一步接近月球,以便对月球虹湾区进行高分辨率成像。在月球引力场影响下,嫦娥二号卫星轨道近月点迅速下降,容易出现轨道漂移。此外,当发动机点火进行变轨时,嫦娥二号卫星正好位于月球的背面,大部分时间处于“盲控”的状态,控制难度和风险大大增加。之所以将卫星降到距月球15公里的轨道,是为了更加接近月球,获取高分辨率图像。
这次降轨控制,对控制精度提出了极高的要求。为确保控制万无一失,北京航天飞行控制中心采用非对称轨道控制技术,有效解决了近月点高度低、测控不可见、月球引力场对轨道影响大等技术难题。
10月27日19时30分左右,北京航天飞行控制中心控制嫦娥二号卫星上的CCD立体相机对月球虹湾区开展高分辨率成像,这是“嫦娥二号”第一次在15公里高度处对位于月球正面的虹湾地区进行拍摄。
10月29日10时34分,北京航天飞行控制中心对嫦娥二号卫星实施了升轨控制,嫦娥二号对月球虹湾区成像活动圆满结束,卫星近月点返回100公里。30日将实施一次轨道维持,届时卫星会返回100乘100公里的圆轨道。
北京航天飞行控制中心主任朱民才表示,作为世界三大航天飞行控制中心之一,北京中心在嫦娥二号任务中成功突破四项关键飞控技术。
――直接地月转移轨道重构技术。北京中心对不同入轨偏差进行各种分析计算,保证了入轨大偏差下的卫星成功飞向月球。
――姿控力精确补偿定轨技术。有效攻克了因频繁姿控力扰动影响定轨道计算精度的难题,提高了卫星精密定轨能力。
――近月点非对称轨道控制技术。有效解决了嫦娥二号任务15公里降轨控制点在月球背面实施导致测控不可见、月球非球形引力场下轨道近月点漂移率迅速加快导致控后轨道在到达“虹湾”前近月点漂离目标区域等技术难题。
――飞行控制智能规划技术。实现快速准确完成各类事件和指令任务智能规划的功能,全面满足各类飞控事件的实施要求。
(据10月2-30日《人民日报》)