嫦娥二號衛(wèi)星遠征150萬公里外深空紀實

嫦娥二號衛(wèi)星遠征150萬公里外深空紀實

9月15日，嫦娥二號衛(wèi)星成功傳下第一批試驗數(shù)據(jù)。

此前，8月25日23時27分，經(jīng)過77天太空飛行，嫦娥二號衛(wèi)星準確進入其拓展任務(wù)的目的地——距地球150萬公里的日—地引力平衡點，即“第二拉格朗日點”（L2點）環(huán)繞軌道，并于9月1日與太陽、地球、L2點處在同一平面內(nèi)，開展為期一年多的探測活動。

世界上第一次從月球軌道出發(fā)探測L2點的航天活動；第一次實現(xiàn)我國對月球以外的太空進行探測；我國第一次開展L2點轉(zhuǎn)移軌道和使命軌道的設(shè)計和控制，并實現(xiàn)150萬公里遠距離測控通信……當眾多榮譽涌向嫦娥二號衛(wèi)星時，科技日報記者來到嫦娥的“娘家”——中國空間技術(shù)研究院，探尋這個神秘的源頭。

打造“天梯”：從40萬公里到150萬公里的跨越

對于頭頂?shù)倪@輪皓月，人類從未停止過暢想。

2008年6月25日，有關(guān)方面確定將嫦娥一號備份星進行改進，作為二期工程技術(shù)先導(dǎo)星，驗證二期工程部分關(guān)鍵技術(shù)，并依據(jù)發(fā)射順序，將該任務(wù)命名為“嫦娥二號任務(wù)”。10月16日，國務(wù)院批準實施嫦娥二號任務(wù)。至此，從“繞”起步、為“落”而生的嫦娥二號衛(wèi)星被賦予新的歷史使命。根據(jù)我國探月工程“繞、落、回”三步走的規(guī)劃，嫦娥二號衛(wèi)星實際上相當于“繞月”與“落月”的橋梁和紐帶，主要任務(wù)是深化月球探測的成果，同時驗證將來要實現(xiàn)月球軟著陸的部分技術(shù)，降低軟著陸的風險。今年4月1日，半年設(shè)計壽命期滿，嫦娥二號衛(wèi)星不僅全面實現(xiàn)了既定的各項工程目標和科學探測任務(wù)，而且衛(wèi)星運行狀態(tài)良好，剩余燃料較充足，全系統(tǒng)狀態(tài)正常穩(wěn)定。

有關(guān)嫦娥二號衛(wèi)星的“命運”有了多種猜想。

為了最大限度發(fā)揮衛(wèi)星的作用，深化和拓展月球及深空探測成果，綜合權(quán)衡衛(wèi)星狀態(tài)、燃料剩余、測控通信能力、技術(shù)試驗與科學探測價值等，衛(wèi)星、測控和地面應(yīng)用三大系統(tǒng)在國防科工局的統(tǒng)一組織下，細致研究了燃料利用、試驗時機、月食應(yīng)對等因素，最終在五大方案中選擇了飛往L2點和開展3項拓展試驗。150萬公里以外的L2點，中國的衛(wèi)星從未造訪過，最突出的難點之一就是燃料，只有軌道設(shè)計精準、測定軌道準確、飛行控制精確，才能節(jié)省大量燃料?！皩τ谠虑蛱綔y和深空探測的航天器來說，其上天成本甚至是幾倍于同重量的黃金。”在嫦娥二號衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計師黃江川看來，我國要想實現(xiàn)更大重量或者更遠距離的空間探測，必須最充分地利用火箭推力，減少衛(wèi)星燃料的消耗。這其中完美的軌道設(shè)計功不可沒。

早在嫦娥二號衛(wèi)星任務(wù)實施前，以黃江川為代表的研制隊伍就將目光投向更遠的深空。衛(wèi)星與火箭兩大系統(tǒng)的有關(guān)專家互相配合，攜手合作。經(jīng)過反復(fù)核算，最終采用地月轉(zhuǎn)移軌道，為“嫦娥奔月”打造了一架快捷方便的“直達天梯”。相比于嫦娥一號衛(wèi)星，嫦娥二號衛(wèi)星的奔月時間縮短了近一半，大大節(jié)省了衛(wèi)星燃料，為嫦娥二號衛(wèi)星完美地完成從40萬公里到150萬公里的跨越奠定了基礎(chǔ)。

低能耗軌道：解決“斷炊”之憂

嫦娥二號衛(wèi)星飛往L2點是我國航天領(lǐng)域的又一重大跨越。從工程技術(shù)方面來講，從月球軌道飛往L2點，標志著我國在軌道設(shè)計、飛行控制、測控、通信方面的技術(shù)有了新突破，成為繼美國、歐空局之后第三個在這點上進行空間探測的國家或組織，也是我國第一次進行一次發(fā)射、執(zhí)行多個任務(wù)、開展多個目標探測的嘗試。

為使嫦娥二號衛(wèi)星順利到達L2點，衛(wèi)星設(shè)計人員精心進行了軌道設(shè)計。

“從4月1日嫦娥二號衛(wèi)星圓滿完成既定任務(wù)到6月9日飛離月球、奔向深空，只有短短兩個多月時間，要設(shè)計出全新的軌道方案，這是個很大的挑戰(zhàn)。”中國空間技術(shù)研究院嫦娥二號衛(wèi)星主任設(shè)計師黃昊說，原因主要是軌道設(shè)計的復(fù)雜程度大大提高。這是個復(fù)雜的多天體引力場軌道設(shè)計。對于地球衛(wèi)星而言，軌道設(shè)計時只涉及一個引力場，即地球；月球探測衛(wèi)星的軌道，則要考慮地球和月球兩個引力場，以及其間的拼接過程。這次軌道設(shè)計，除地、月外，還必須兼顧考慮太陽的引力場。同時，L2點非常敏感，對衛(wèi)星入軌時的位置、速度要求非常高，稍有偏差就會出現(xiàn)失誤，導(dǎo)致衛(wèi)星飛向更遠的深空，或是飛回地球。此外，這是個不穩(wěn)定點，在環(huán)繞飛行階段，衛(wèi)星只要受到任何一點擾動都可能會漂離，這也給軌道設(shè)計精度提出了更高要求，同時也可能面臨多次軌道修正。因此整個飛行軌道都必須經(jīng)過精確的規(guī)劃和設(shè)計。在兼顧日、地、月三大引力場，并考慮到衛(wèi)星所剩燃料有限等因素，衛(wèi)星設(shè)計人員最終選擇了一條消耗能力最低的軌道。軌道設(shè)計好了，精準的飛行控制也很重要。在奔赴L2點的漫漫旅途中，只要有一點控制不好，哪怕產(chǎn)生每秒一兩米的誤差，嫦娥二號衛(wèi)星的命運就會大大改變：或者出不了月球，或者飛往地球，或者飛往更遠的深空。

GNC(制導(dǎo)導(dǎo)航與控制)分系統(tǒng)副總師王曉磊帶領(lǐng)著年輕的設(shè)計師們憑借著扎實的技術(shù)功底和豐厚的實戰(zhàn)經(jīng)驗，漂亮地完成了這一高難度動作。就這樣，嫦娥二號衛(wèi)星解決了“斷炊”之憂，為后續(xù)工作打下了堅實的基礎(chǔ)。

風險識別和控制措施：有力保證產(chǎn)品質(zhì)量

雖然嫦娥二號衛(wèi)星是以嫦娥一號衛(wèi)星的備份星為基礎(chǔ)進行研制的，但衛(wèi)星上共有214臺硬件設(shè)備，它們有著不同的狀態(tài)。其中，繼承了嫦娥一號衛(wèi)星的產(chǎn)品大約占85%，做過修改的產(chǎn)品占10%，新研制的產(chǎn)品占5%。產(chǎn)品的不同狀態(tài)增加了衛(wèi)星的風險。嫦娥二號衛(wèi)星研制隊伍很年輕。在嫦娥二號衛(wèi)星10個分系統(tǒng)的主任設(shè)計師中，只有一個是嫦娥一號衛(wèi)星研制隊伍中留下來的，其他的都是原來的副主任設(shè)計師，或者是從原來研制隊伍中逐步走上重要技術(shù)崗位的年輕技術(shù)人員。

黃江川告訴記者，為保證嫦娥二號衛(wèi)星過硬的質(zhì)量，在任務(wù)分析階段和項目實施的初始階段，團隊基于新任務(wù)的特點、難點和風險點做了充分識別，對復(fù)雜的狀態(tài)管理進行了精心策劃，對年輕隊伍的培訓(xùn)進行了詳細規(guī)劃并有效實施……每一項工作都做得扎扎實實、細致認真。同時針對型號研制和管理過程中曾經(jīng)出現(xiàn)過的質(zhì)量問題，團隊更是迅速集中力量從自身尋找差距，吸取教訓(xùn)，學習經(jīng)驗，始終以高昂的精神狀態(tài)和縝密的思考方式，推動研制工作有條不紊地開展。

“在嫦娥二號任務(wù)中，我們采取了大量的風險識別和控制措施。任務(wù)實施前期，各單位就從識別產(chǎn)品要求到產(chǎn)品交付的各個環(huán)節(jié)采取了精細控制，確保一次成功?！敝袊臻g技術(shù)研究院院長楊保華說，在型號研制、發(fā)射場的最后測試過程中，認真加強了“雙想”工作和“九新”分析，聚焦、放大每一個可疑點，并積極完善風險控制預(yù)案。衛(wèi)星發(fā)射前，衛(wèi)星與火箭兩大系統(tǒng)共形成了111項針對各種風險的預(yù)案，有效提出了各種應(yīng)對風險的措施，有力地保證了產(chǎn)品質(zhì)量，使產(chǎn)品可靠性有了很大跨越。