专家称嫦娥二号飞向深空为探测火星做实验

卢住

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+ c  u: ?2 @- C  \! P0 D6 R( [5 d7 l嫦娥二号卫星环月飞行模拟图。

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4 r! j  X; e% b7 n8 {国防科技工业局公布的嫦娥二号上的4台监视小相机拍摄的画面（截屏图）。
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* F! z" y% k7 a+ n! J8 R" u% T“太空高速路”
2 w7 [* H  P. W　　嫦娥二号卫星今年4月1日达到为期半年的设计寿命以后，卫星上剩余燃料充足，且性能状态正常稳定。为了积累更多的深空探测经验，嫦娥二号6月9日下午成功飞离月球轨道，展开深空测控的拓展试验，由此成为我国航天测控史上测控距离最远的一颗卫星，并迈开我国深空探测的第一步。
# K$ w) Q5 w/ T, m0 C　　奔向150万公里外
* l; |) ~+ ^5 ~5 Y: F6 U" i　　嫦娥二号卫星于9日16时50分05秒开机变轨，开始飞离月球轨道，飞向第2拉格朗日点继续进行探测之旅，此次飞行距离150万公里，预计85天后到达。嫦娥二号由此成为我国航天测控史上测控距离最远的一颗卫星，并迈开中国深空探测的第一步。
. ~( c6 f& O2 E9 i' L, ?- ^　　从15时30分开始，北京航天飞行控制中心通过国内地面测控站，开始向嫦娥二号连续发出控制指令和数据，卫星陆续完成变轨控制的各项准备动作。
$ \5 M4 [# p* M# k' D4 j　　飞控大厅大屏幕上三维动画生动展现了轨道控制的全过程。16时50分，卫星主发动机准时点火，发动机尾部喷出一团明黄色火焰，标志着轨控开始，17时08分，卫星发动机正常关机。随后，遥测和轨道数据的综合分析计算表明，卫星已飞离月球，飞向深空。
4 P) `1 n  M5 I% |　　据北京航天飞行控制中心副总工程师周建亮介绍，按照轨道设计，整个飞往深空的过程分为“月球逃逸段”、“转移飞行段”、“平动点环绕段”三个阶段。9日实施的“逃逸”控制是卫星成功飞离月球的关键动作。由于卫星已进入超期服役阶段，所剩燃料有限，控制必须保持极高的精准度。北京中心经过分析计算，采用了两次加速的“逃逸”控制策略。6月8日下午，已对卫星进行了首次加速控制，使卫星从平均高度100公里的环月圆轨道，进入近月点高度104公里、远月点高度3583公里、周期为5.3小时的椭圆环月轨道，也称过渡轨道。9日的控制就是在过渡轨道上实施的，最终使卫星成功飞离月球。
- L& g/ h) V# {7 j; d: W) b9 m- _　　测试深空探测能力
　　此次飞行试验，是嫦娥二号卫星在圆满完成预定工程目标后，为了进一步深化和拓展月球及深空探测成果而新增的一次拓展性试验。
4 C& ~) F* _+ ]$ h8 J! B5 U　　“嫦娥二号的拓展试验分三项内容：第一项是补全月球南北两极的图像，第二项是再次降至近月点15公里轨道高度，对虹湾地区进行高分辨率成像，这两项试验已经在5月23日全部完成。剩下第三项，也是最重要的一项，就是择机从月球逃逸，飞往更远的深空。”国防科工局有关负责人说。
, o+ t5 U8 Y: E8 ^  ~　　“我们要尽量延长嫦娥二号卫星的寿命，希望能坚持到明年底之前，因为我们正在研制35米和64米的深空测控站，到明年下半年的时候，这两个深空站具备执行任务的能力时，可以用嫦娥二号对这两个测控站进行测试、验证。”除上述技术目标外，嫦娥二号奔向深空还肩负着两项科学目标：第一是在深空开展地球远磁尾带电粒子探测，第二是对可能的太阳X射线爆和宇宙伽马爆进行观测。“不过第二个目标能否完成有一定的偶然性，因为太阳X射线爆和伽马爆会不会在这个期间正好爆发，爆发以后能不能恰好捕捉到，一定程度上要靠运气。”航天专家说。
2 g1 d, |# i/ Z# i: R) J& e　　中国科学院院士、我国深空探测首席科学家、嫦娥工程总设计师顾问叶培建解释，嫦娥二号如处在拉格朗日点上，与太阳和地球间的相对位置可保不变，所受到的太空中天体的引力影响也将减到最小，相对而言处于真正的失重状态，可以进行更多的探测和实验。
5 q& Y0 C9 n+ u* y0 ?( N　　面临三项极大挑战
3 p( L5 E7 r4 X! `$ L　　此次试验具有轨道新、距离远、飞行时间长、准备时间短等特点，面临着很大的风险，对嫦娥二号卫星系统、测控系统和地面应用系统都是极大的挑战：
　　一是可靠性的挑战。在拓展任务期间，要求卫星系统各个设备保持良好的运行状态，这是前提和保证；
　　二是整个测控的挑战。随着距离逐渐变远，卫星接收信号的能量就越小，所以要求卫星上的设备具有更好的灵敏度；
$ c$ B: o! [8 U( }　　三是控制的要求。整个轨道飞行过程中，对误差非常敏感，要求实现精确的控制。
6 T" H0 Q9 R! z/ ?　　周建亮说，“因为嫦娥二号本身不是为这项任务设计的，而且现在属于超期服役，我们只能充分利用嫦娥二号的在轨资源。现在为了做这个事情，几乎把它的能力挖掘到了极限，没有多大的余地处理各种异常或者风险，这对于卫星控制的成功率、可靠性都提出了很高的要求。”
　　“中国的深空测控网络已可对150万公里外的第2拉格朗日点进行控制”，官方人士说，虽然飞往150万公里外的太空是对航天技术的一大挑战，但当前技术应可保证嫦娥二号空间探测任务的完成。(姜宁)
　　意义
$ L' z" e4 V& E, C8 p. T　　创新之举奠定基础
( z, j# D/ Z. |5 }  Q& r# H/ D　　此次试验的控制技术十分复杂，而且是国内首次，试验一旦成功，将创造我国航天飞行测控新纪录，也将是我国深空探测飞控能力又一次突破。此外，卫星应用系统也将获取更多有价值的深空科学探测数据，为我国后续深空探测提供宝贵资料和经验。
　　“可以说，飞往拉格朗日点的决定，是嫦娥二号几种可能结局中技术难度最大的”，空间技术专家庞之浩介绍，这一创新之举，是“以最小的代价，进行最大可能的科学探测”。
. O/ g6 G1 p/ }7 u# J+ G! f　　有关航天专家说，现在探测月球也只是到40万公里左右的地方，要到150万公里远的地方，测控、通信、数传、轨道设计都要经过验证，这将使中国在深空探测领域向前迈进一步。
7 K6 K3 Z& e5 M5 R/ ^. p+ a/ W　　“这是我们深空探测技术的一次尝试，从38万公里之外的月球到150万公里之外的第2拉格朗日点，嫦娥二号的探测距离一下子增长了约3倍，这将有助于研究人员开展多种能力的实验。”中国航天科技集团公司一位不愿具名的专家说。
　　“卫星从月球出发奔向这么遥远的深空，这在世界范围内都是第一次。”周建亮说，这次试验的最终成果将进一步验证我国深空探测关键技术，并为探月工程后续任务乃至深空探测的开展奠定坚实的基础。
　　延伸阅读
　　传回最清晰月球图
- w- U* u1 O  n+ S8 J  j4 D( n% w　　嫦娥二号卫星简称嫦娥二号，也称为“二号星”，由嫦娥一号的备份星改进研制而成，但是嫦娥二号卫星上搭载的CCD相机的分辨率更高，所探测到的有关月球的数据更加翔实。嫦娥二号由长三丙火箭发射，其目的在于试验、验证嫦娥三号任务的部分关键技术，为嫦娥三号、四号探测器以后实现月面软着陆铺路。
　　嫦娥二号于去年10月1日发射，经过奔月、近月制动、绕月飞行、降轨控制等多个关键环节，开始在环月工作轨道上运行。今年年底前，依据嫦娥二号传回的图像数据制作的月球影像图将对外公布，这将是目前世界上最清晰的月球图，分辨率将精确到7米。
& ]3 o/ ?+ e) V7 g8 @" l& \, L) Z　　完成第二次虹湾成像
4 _7 i- @# S( p8 O5 V　　至今，嫦娥二号已安全运行246天，圆满完成了六项工程目标和科学探测任务。
& D! b* ~9 W9 C; [' R5 v　　中国探月工程高级顾问、中科院院士欧阳自远介绍，如果从探月工程二期系统地看嫦娥二号任务，可以将其工程目标概括为两类：
　　第一类目标是对嫦娥三号运行过程的某些关键技术进行演练和验证：一是突破运载火箭直接将卫星发射至地月转移轨道的发射与测控技术；二是由于嫦娥三号将从距离月面100公里位置开始调轨，因此嫦娥二号的运行轨道要采用100公里×100公里的极轨；三是由于嫦娥三号将从距离月面15公里处开始降落进入软着陆轨道，因此，嫦娥二号需要演习100公里×15公里的椭圆轨道的轨道机动与快速测定轨技术；四是为保证嫦娥三号降落时的快速测轨，在嫦娥二号运行期间要建立X频段测控系统。
　　第二类目标是测绘嫦娥三号预选着陆区—虹湾的高分辨精细地形地貌图。为此嫦娥二号卫星必须完成两件事：一是提高CCD立体相机分辨率，在距离月面15公里拍摄时，相机的空间分辨率要接近1米；同时提高激光高度计的工作效率，从嫦娥一号激光高度计1秒钟测1个点的高程提高到1秒钟测5个点的高程。二是由于相机分辨率的提高和激光高度计工作效率的改进，嫦娥二号获取的数据量会大幅提高，因此嫦娥二号卫星必须开发和具有一种高速传输数据的能力，由原来嫦娥一号3兆的传输码速率提高到6到12兆。据报道，嫦娥二号卫星近日成功实施第二次月球虹湾区域降轨、成像及升轨控制，顺利完成第二次虹湾成像。
　　嫦娥二号制定了4个科学目标：获取月球表面三维影像、分辨率优于10米；探测月球物质成分；探测月壤特性；探测地月与近月空间环境。
! @# X2 B9 L' k　　资料
1 q; J2 H; h% Z# P& n( D* `　　拉格朗日点
　　拉格朗日点的英文名称为Lagrangian point，是指在两大物体引力作用下，能使小物体基本保持静止的点。这样的点的存在，是由法国数学家拉格朗日于1772年推导证明的。拉格朗日点又称天平点，共有5个，其中第1(L1)、第2(L2)两个点比较稳定，有实际的应用价值，其他3个点(L3、L4、L5)不太稳定。
: p. L9 k: b  u" M9 U% ?1 x) W　　对太阳系来说，拉格朗日点是指在双星系统，如行星和太阳、卫星和行星轨道面上的一些点。在这些点处万有引力与离心力平衡，卫星与太阳、行星相对静止。
. R8 h, F; `" n/ L+ X- Z! ^; W　　位于拉格朗日点的卫星只需少量能源便能维持其轨道，所以适合天体望远镜和探测器在这里定位。而且，与尘土飞扬的月球表面相比，拉格朗日点能为先进的天文观测仪器提供更清晰的定点环境。
1 r7 Y6 s( Z: }3 g7 a5 @　　专家解读
　　为何飞向深空？
/ Z! _- r1 H. O( _( K/ ?　　为探测火星做实验
, I; \* I! |" t2 ]# d　　嫦娥二号为何选择了走向深空呢？《国际太空》杂志副主编、空间技术专家庞之浩解释，返回地球轨道或者地球的技术已经为我国所熟练掌握，因此实施并没有多大的实际价值。虽然实施嫦娥二号月球着陆可以为嫦娥三号提供一些宝贵的经验和数据，但是与奔赴深空探测太阳和地球之间环境相比较而言，后者的意义明显要大得多。
　　“目前，我国的火星探测计划已经逐步提上了行动日程，而火星等深空探测项目与月球探测项目相比较而言，由于距离更加遥远，其探测和遥控的难度都要大得多，因此最好能够进行一些前期的实验和工作，但是我们到目前为止却缺乏任何自主实验的深空探测数据，现在嫦娥二号刚好提供了这样一个机会。”
　　庞之浩表示，嫦娥二号飞至150万公里之外，将成为我国飞得最远的卫星，其后续行动计划对我国的卫星深空追踪能力将是一次很好的检阅。如果一切进展顺利，它将标志着我国的遥测能力将会达到一个新的高度，并为下一步的火星探测做好充分的准备。虽然离到火星的5000万公里飞行还有很大差距，但嫦娥二号飞行期间探测的数据、可能遇到的问题，均将为火星探测提供经验。
　　为何选择第2拉格朗日点？
　　绝佳天文观测点 空间探索大热门
　　首先，第2拉格朗日点是地球、月球和太阳系间的平衡点，几乎不受其他星体磁场的干扰，是绝佳的天文观测地点，工作环境良好。
2 Q% {7 `4 L; y% I  b　　其次，位于第2拉格朗日点的物体可以保持背向太阳和地球的方位，易于保护和校准，该点因此通常被用于放置空间天文台。
　　第2拉格朗日点是近年来国际空间探索的大热门，欧洲的赫歇尔卫星正在第2拉格朗日点附近进行科学探测，美国哈勃望远镜的接班者─韦伯太空望远镜也将发至第2拉格朗日点。通过在这里进行天文观测，欧美获得了一些前所未有的宇宙深处天文观测成果。嫦娥二号在此进行空间探测，将促进中国天文观测的发展。
　　“嫦娥二号成功到达这里以后，它也将为我国以后的深空天文观测打下良好的基础。”庞之浩表示，唯一的不足是由于第2拉格朗日点位于150万公里之外，卫星出了问题很难得到修复，因此对卫星的性能要求非常高。
. a$ ^1 g& R# s: H0 n　　此外，在日地系统中，将卫星发往拉格朗日点，能够帮卫星借助“引力走廊”在太阳系内穿行，减少太空飞行的成本。造访拉格朗日点的卫星，可以在不耗费大量燃料的情况下，只在黄道平面上下轨道运行，还能在那里停留。因此探索拉格朗日点对研究太阳、地球之间的环境和空间具有重要意义。
. n7 W" \/ L7 `  v2 |& k; Q! p　　目前，美国科学家正试图对蜿蜒曲折的太空走廊进行测绘。每一条通道均由行星与卫星间复杂的引力相互影响形成。形象地说，这些通道形成了一条“太空高速路”。太空高速路的连接点，恰恰也是拉格朗日点。测绘“太空高速路”就是要打造一条条在行星与卫星间蜿蜒前行的低能量通道，减少探索太阳系过程中使用的燃料。在通道中行进的飞船不会向下坠落，而是沿着通道前行，就像在地球上一样。利用这些通道能够减少人类太空飞行的成本，应用前景非常美妙。
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