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“嫦娥1号”

“嫦娥1号”闯新路要突破七个难点

  最让卫星制造专家们关心的是,嫦娥1号与已经上天的地球卫星不同,她要独闯深空,开辟一条中国尚未尝试的新路。因此,从一开始,制造嫦娥l号的专家们就细谋划、找对策,好让她一路平安。

  第一个难点是怎样设计飞行路线  我国已发射的卫星与地面的距离最远没有超过7万千米,而嫦娥1号要抵达38万千米之遥的月球附近,经历从受地球引力为主到以月球引力为主的转变过程,最后“恰巧”与绕地球运动的月球在太空中相会,并且既不能撞在月球上,也不能从旁边飞过去,要在接近月球时准确、及时地踩“刹车”,以减慢飞行速度,进入环绕月球飞行的轨道。那么,要让嫦娥1号进入环月轨道,这遥远的奔月之路怎么走?换句话说,怎么进行飞行轨道的设计呢?

  第二个难点是怎样与地球联系  无线电信号经过38万千米的传播,会有很大衰减。用同样大小的功率发射信号,嫦娥1号发射的信号到达地球时,它的强度不到地球静止轨道卫星发射信号的百分之一,只有近地轨道卫星发射信号的几十万至几百万分之一。在奔月途中和绕月飞行的过程中,嫦娥1号的“嗓门”多高才能被地面站听到?或者说,她用多高的功率发射信号才能被地面站接收?嫦娥1号该长多大的“耳朵”才能听到“娘家人”的呼唤?或者说,她用什么先进的通信设备才能接收从地球发出的指令?除此之外,要想与地球保持联系,或者把探测数据传输回地球,必须保证地面上的天线能“看见”月球探测器并保持通信联系。由于地球自转,我国境内的地面站一天内只有10多个小时能看到绕月运行的嫦娥1号探测器,她与地球联系不上时该怎么办?

  第三个难点是怎样实现高精度测量与控制  嫦娥l号在奔月途中和绕月飞行时,地面对她的测量与控制要有非常高的精度。比如,当嫦娥1号飞近月球时,只有掌握了精确的位置与速度等轨道参数,才能准确地启动或关闭制动火箭,实现“刹车”,使她进入预定的月球轨道,否则她可能飞过月球或摔在月球上,这可以说是“失之毫厘,谬以千里”。那么,对飞向38万千米外的嫦娥l号,怎么实现高精度的测量与控制?

  第四个难点是怎样确定方向  航天器在太空飞行,必须选定一定的天体作为参照物,来确定航天器在空间的方向。对于人造地球卫星,地球是最好的参照物,一般通过观测地球大气层的红外辐射,可以很好地确定卫星相对地球的姿态。月球没有可供参考的稳定红外辐射,飞到月球附近的嫦娥1号又远离地球,无法再以地球为参照物,如何确定方向呢?

  第五个难点是怎样控制温度  月球探测器绕着月球转,月球绕着地球转,地球带着月球绕着太阳转,相对关系不断变化。月球探测器在空间飞行时,处在真空环境中,并经受不同的太阳光照射和月面反射光的照射,因而月球探测器的热环境变化剧烈,因此它必须有一个高效可靠的热控系统,来保证携带的各种探测仪器处在合适的工作温度范围内。那么,怎样实现探测器的温度控制呢?

  第六个难点是怎样保持轨道  月球重力场分布不均匀,存在一些质量聚集的“质聚体”。在这些质量密集的地方,月球引力会加大,把月球探测器拉向月球的怀抱,这将使环绕月球运行的探测器轨道在引力场的作用下迅速变化。如果不能对探测器运行的轨道进行有效控制,将影响月球探测任务。由于引力特性不同,月球探测器的轨道控制与地球卫星的轨道控制有较大不同。那么,怎样保持探测器的轨道呢?

  第七个难点是怎样进行姿态控制  地球遥感卫星只需要“一心二用”,工作时太阳能电池帆板对准太阳,遥感设备和测控通信设备对准地球,就可完成对地观察和传输信息等任务;但嫦娥1号要“一心多用”,她的探测设备要对着月球,太阳能电池帆板要对准太阳,同时发射和接收天线必须瞄向地球(图2—6)。这就是说,嫦娥1号探测器要同时对准月、日、地三个天体,解决三体定向问题。实现这种“一心多用”,从姿态控制技术上说,比“一心二用”要难得多,这给月球探测器整体布局、质量分布、多轴控制带来很多新的挑战。此外,为了使太阳能电池帆板尽量获得日照,还要采用正飞和侧飞两种飞行姿态,这更提高了姿态控制的难度,而且也增加了调整姿态消耗的能量。那么,怎样解决探测器的姿态控制问题呢?

  以上只是设计和研制月球探测器时遇到的一部分难题。与美国和苏联不同,中国首次进行的月球探测,跨越了掠月探测、硬着陆探测,直接采用绕月探测方式,起点高,难度大,尤其在探测器的测控、热控、轨道设计等领域面临诸多关键难题,而且中国对月球环境的了解也有限。但中国空间科学家和工程师们凭着勇于探索、敢于攀登的执着精神和严谨的科学态度,克服了一个又一个困难,解决了一个又一个难题。

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 2008-01-27 11:12