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嫦娥二号卫星编辑词条

嫦娥二号卫星,简称“嫦娥二号”或“二号星”,是中国第二颗探月卫星、第一颗人造太阳系小行星,也是中国探月工程二期的技术先导星。嫦娥二号卫星由中国空间技术研究院研制,是中国第一颗探月卫星嫦娥一号卫星的备份星,沿用东方红三号卫星平台,造价约6亿元人民币。 嫦娥二号卫星于2010年10月1日18时59分57秒在西昌卫星发射中心由长征三号丙运载火箭成功发射升空并顺利进入地月转移轨道。 嫦娥二号完成了一系列工程与科学目标,获得了分辨率优于10米月球表面三维影像、月球物质成分分布图等资料。 2011年4月1日嫦娥

 

11研制历史 嫦娥二号卫星从任务设计开始,历经方案、初样、正样、发射实施等阶段,仅用了两年多时间,完成了研制与发射实施任务。2008 年,主要完成了整星方案设计,开展了顶层策划、技术状态清理及复核、总体规范制订等研制工作。开展了任务轨道设计、大系统间接口协调、分系统技术规范制订、X 波段应答机等新产品技术攻关和针对任务要求和环境变化的专项试验工作。

 

在顶层策划方面,完成了各阶段、各层级技术流程、专项试验、质量保证与风险控制等项目工作。卫星系统直接进入正样研制阶段;新研单机及技术试验分系统经历方案、初样、正样完整阶段;由于大部分单机为提高性能指标方面的修改类或新研类产品,故有效载荷分系统从初样起步。在关键技术攻关同时,设计、开展推进气路及490 N 发动机延寿、近月太阳翼高温适应性、时间延迟积分(TDI-CCD)相机速高比补偿等设计与验证方面的15 项专项试验。

2009 年,全面推进产品研制、系统集成和试验验证工作。完成了单机、技术试验和有效载荷两个分系统的初样研制,完成了速高比补偿对测定轨精度要求、15 km 轨道飞行大系统保证等专题协调,完成全部专项试验。完成了正样产品研制、总装、AIT 阶段电性能测试和软件/FPGA 落焊工作。并行开展了轨道设计、空间单粒子效应防护等质量复查和复核复算,补充了“轨道设计、飞行程序、虹湾成像、监视相机/紫外成像”等技术专题研究与协调。于2009 年8 月通过正样设计评审。2010 年,研制队伍完成了EMC、力学、热真空等大型试验,在卫星系统自身得到了全面、充分验证的基础上,完成了与运载对接、测控对接、大系统无线联试等大系统对接试验,验证了系统间接口的正确、匹配性,于2010 年6 月完成了质量复查和出厂评审。

2010 年7 月10 日,嫦娥二号卫星进入西昌卫星发射中心。

22结构系统 嫦娥二号卫星系统有总体、综合测试分系统和结构、热控、制导/导航与控制(GNC)、推进、供配电、数据管理、测控数传、定向天线、技术试验(工程载荷)、有效载荷等13 个分系统。卫星发射质量2480 kg,干重1169 kg,携带166 kg 载荷(含136 kg 有效载荷和30 kg 工程载荷)。

新增性能

根据运载的发射能力,嫦娥二号卫星发射重量相比嫦娥一号增加了130 kg,燃料能够提供约2.3 km/s 的总速度增量;在测控数传能力方面,使用了LDPC 编码功能,相比卷积编码提高增益约2.5 dB;新增了工程载荷数据传输通道,设计了最低为23.4375kbps 的多档码速率,可支持距地2000 万千米以远的数据传输。在机动飞行能力方面,在基于高精度加速度计的轨道控制技术基础上,在加速度计的测量区间、姿态控制补偿、燃料量预估等方面进行设计改进,提升轨道控制精度;采用实时和延时强制卸载手段,实现姿态与轨道的耦合控制;使用自主惯性对准功能,提高了轨道控制自主性;设计新增大推力轨道维持功能,在保证可靠的前提下,提高了控制精度和自主性。此外,将推进系统工作寿命从3 个月提升到6 个月以上。

 

搭载设备

嫦娥二号技术试验分系统主要完成X 频段深空应答机、轻小型化CMOS 相机等新技术在轨验证。其中,X 频段星载测控子系统,主要用于完成面向深空应用的X频段测控体制验证。核心产品为X 频段高灵敏度数字化测控应答机。采用综合电子技术,新研制了数据处理单元,主要完成新增设备的配电、遥测、遥控、数据存储、复接控制等功能,并在轨验证电子设备集成化技术。视频子系统研制了多台轻小型相机,用于飞行过程中关键事件的监视成像。

 

有效载荷

注:卫星的有效载荷就是直接执行特定卫星任务的仪器、设备或分系统。

嫦娥二号卫星共配置了5 类7 台(套)科学探测仪器。使用了分辨率高的CCD立体相机;提高了激光高度计的空间分辨率和数据更新频率。增加定标源、更换探测晶体,提高了γ/X 射线谱仪的探测精度,扩展探测种类。

33工作历程

发射准备

为准备嫦娥二号发射,西昌卫星发射中心进行了百余项技术改进。发射场系统对上百项相关设备设施进行了改造,包括更新测量雷达、更新遥测系统、改造光学仪器、优化加注系统等。[10]

2010年9月25日,嫦娥二号探月卫星完成第三次合成演练。[11]

2010年9月28日,嫦娥二号卫星和运载火箭进行了发射前最后一次总检查。[12]

2010年9月28日,西昌卫星发射中心全面戒严。

2010年9月29日下午,嫦娥二号进行最后一次模拟发射合成演练。

发射阶段

此次发射的长征三号丙火箭整流罩残骸在2010年10月1日19时11分坠落在江西省吉安市遂川县境内的2个自然村。

预定任务阶段

地月转移

2010年10月2日12 时25 分,嫦娥二号顺利实施了第一次中途修正控制,采用490 N 大推力,开机时长70 s,速度增量16 m/s。控制结果准确,满足卫星进入月球使命轨道入口点要求,取消了预定的后两次中途修正。

2010年10月2日凌晨3点39分左右,嫦娥二号完成第一次地月成像。[18]

嫦娥二号验证了直接地月转移轨道设计与飞行技术,转移时间由12 天缩短为5 天。在嫦娥一号的基础上,设计改进得到验证:控制精度提高,控制自主能力增强,共节省推进剂207 kg。首次成功验证了紫外导航、CMOS 视频小相机成像等先进技术。首次获取了完整的地月空间环境探测数据。

月球捕获

2010年10月6日上午11时06分35秒,北京航天城飞行控制中心发出第一次制动指令,1942秒后,嫦娥二号被月球捕获,进入环月轨道成功实施第一次近月制动,进入周期约12小时的椭圆环月轨道。[19]

2010 年10 月6~9 日,嫦娥二号卫星共实施了3 次近月制动和1 次轨道平面机动,控后卫星准确进入半长轴约1840 km、高度约100 km、周期118 min 的极月圆轨道。首次验证100 km 月球轨道捕获技术;基于工程可靠实施而专门设计轨道平面机动,为一个月内实施近月15 km 轨道机动奠定了基础。

环月探测

嫦娥二号卫星在环月飞行阶段初期实施月球背面降轨控制并获取虹湾区高分辨率图像,完成了既定的各项技术试验验证。于2010 年11 月2 日转入长期运行管理阶段。在环月150天期间,共实施2 次飞行姿态转换、3 次轨道维持以及月食控制。按照科学计划开展各项科学探测任务,重点完成了全月面高精度成像。

拓展试验阶段

月球轨道深化探测

2011 年4 月14 和15 日, 实施调整轨道倾角控制,用490 N 发动机,将倾角从92°调整到90°, 消耗推进剂35 kg。在2011 年4 月25 日开始的正飞期内,重点补拍月球南北两极图像,将月球立体影像覆盖率从99.6%提高至100%。

2011 年5 月20 日, 再次降轨,获取更多虹湾区域1 m 级高分辨率图像,不同前次,此次用490 N发动机完成补充验证性控制,消耗推进剂26 kg。

日地拉格朗日L2点探测

在国际上首次实现了从月球轨道飞往日地L2点的转移和试验方案。具体实施过程如下:

2011 年6 月8~9 日,经过2 次精确加速后飞离月球,飞往日-地拉格朗日L2 点。

2011 年8 月,成功到达日-地拉格朗日L2 点,开始进行载荷科学探测。

2012 年4 月,圆满完成在L2 点一个完整拟周期的飞行探测。嫦娥二号成功绕飞日-地L2 点,验证了深空轨道设计与飞行控制、150 万千米的远距离测控通信等技术,验证了L2 轨道保持特性,并在日-地L2 点开展了10 个月的科学探测,填补了中国对地球远磁尾区域的离子能谱、太阳耀斑爆发和宇宙伽玛爆的科学探测的空白。

工程收官之后

2012年12月15日,嫦娥二号卫星飞离日地拉格朗日L2点195天后,飞抵距地球约700万公里远的深空,与图塔蒂斯小行星由远及近擦身而过,至此,嫦娥二号再拓展试验成功,嫦娥二号工程收官。[9]

2013 年1 月5 日23 时46 分嫦娥二号突破距地球1000 万千米。

2013年2月28日10时18分,嫦娥二号卫星与地球间距离成功突破2000万公里。

2013年7月14日1时许,嫦娥二号突破距离地球5000万公里。[20]

2013年11月26日,嫦娥二号突破距离地球6100万公里。[21]

2014年年中,嫦娥二号突破距离地球1亿公里的深空。[22]

嫦娥二号卫星状态良好,将不断刷新距地飞行高度,考核卫星的寿命及自主控制与管理能力,并协同我国深空测控站开展行星际测控通信试验。

工程解密

从“嫦娥二号”卫星发射升空开始,有三个中心的名称就会不断地出现在媒体上,这三个中心分别是“西昌卫星发射中心”、“北京航天飞行控制中心”和“西安卫星测控中心”。

西昌卫星发射中心主要担负着发射时对长征三号丙运载火箭的测控任务,接收记录北京中心转发的卫星遥测数据并提供给卫星系统。同时承担着发射段的安控重任,位于航区的测控系统实时提供火箭在初始段的实况信息,准确判断运载火箭飞行状态,在发生故障、情况危急时立即正确分析情况即刻做出相应决策,同时必须避免错判、误判和漏判等动作,以保证发射段火箭与卫星的绝对安全。

北京航天飞行控制中心是嫦娥二号任务全过程的指挥控制神经中枢,是所有测控信息的集散地。它担负着任务全过程的测控重任,测控指挥部就设在这里,便于专家们对一些重大测控事件进行分析与做出决策。针对嫦娥二号任务的106种故障预案所设定的153种故障处理对策,以及嫦娥二号卫星在奔月之路上的各种重要测控事件,无不与这个中心的指挥控制息息相关。所有测控设备接收的信息都要汇集到这个中心进行分析处理,而对卫星发出的所有指令也要通过这个中心发送。

西安卫星测控中心从载人航天任务起开始作为北京航天飞行控制中心的轨道计算备份中心,在嫦娥任务中也是这样。但除备份中心的身份外,嫦娥任务中给西安卫星测控中心赋予了确定卫星初始轨道的任务,初始轨道根数确定之后,才意味着发射的成功。而且,位于各个测控站点的测控设备上的信息有许多不能直接传送到北京中心,必须先传到西安卫星测控中心之后再汇集到北京中心。同时西安卫星测控中心一个极其重要的任务,是作为各个测控站的网管中心,负责各测控站任务的分配、测控站使用管理及调度。[23]

44突破创新 (1) 设计并验证了后续着陆任务中动力下降前的所有轨道与机动飞行控制技术,直接进入地月转移轨道、首次使用X频段测控、对嫦娥三号着陆区进行高分辨率成像。[24]

(2) 针对月球不均匀重力场及高起伏地形环境,突破月球拟冻结轨道设计、卫星自主惯性对准、机动轨道拼接等关键技术,首次成功实现100 km 圆轨道和100 km×15 km 轨道飞行,首次实现在月球背面无测控条件下主发动机点火变轨。卫星轨道控制精度最高达到0.02%。

(3) 在国际月球探测中,首次采用时间延时积分(TDI)成像技术,设计了由地面行频数据注入和测高数据辅助两种速高比补偿成像方法,获得了7 m 分辨率的全月球立体影像;获得了1.3 m 分辨率的局部影像,达到国际先进水平。

(4) 创新研制首台基于统一载波体制的X 频段高灵敏度数字化测控应答机,实现了深空探测领域星载测控技术的多项突破。在轨试验验证了X 频段深空测控体制和技术。突破了差分单向测距(DOR)干涉测量、X 频段数字化应答机和地面S/X 双频段测控设备研制等关键技术,测速精度达到1 mm/s、测距精度达到1 m,实现了7.8125 bps 极低码速率遥控

(5)突破微小型智能化设计技术,首次实现了地月空间飞行过程监视成像。首次实时获取了太阳翼展开、天线展开/转动、主发动机点火等关键环节的动态图像,为后续重要飞行事件提供了可视化手段。

(6)首次在航天工程中于空间段应用了LDPC编译码,编码增益和效率等主要指标优于国际(CCSDS)标准,提高了中国在国际深空信道编译码领域的地位和话语权。

(7)首次在轨验证了推进系统高压气路长寿命技术,为高强度(时间跨度半年以上,次数10 次以上)轨道机动及后续L2 点、小行星探测试验奠定动力基础。

(8) 首次突破探测敏感器、载荷一体化技术,利用成像敏感器完成星地大回路导航试验。

(9) 在地月星和日地星双三体复杂环境下,针对日、地引力平动点摄动复杂、轨道设计无解析解、测控距离远等难点,攻克了非线性系统流形设计、低能量转移轨道控制等技术, 实现了从月球轨道飞赴L2点的轨道设计、飞行控制和远距离测控通信。在国际上首次实现从月球轨道飞赴日-地拉格朗日L2 点探测。开展了对地球远磁尾离子能谱、太阳耀斑爆发和宇宙伽马爆的科学探测。使我国成为继美、欧之后第3 个实现L2 点开展空间探测的国家。

(10)突破距地1000 万千米远的深空轨道和测控通信技术,首次实现行星际飞行。基于能量、距离和时间及目标物理特性等强约束,提出潜在小行星目标选取策略,在国际上首次设计并实现了逼近飞越探测方式及基于高速交会渐远点凝视成像技术。国际上首次成功逼近飞越4179 图塔蒂斯小行星并获取3 m分辨率光学彩色图像。

(11) 创新利用拉格朗日点伴地绕日特性,在卫星推进剂、星地通讯距离、地面大天线进度等约束条件下,国际上首次实现从拉格朗日点转移飞越小天体。

(12) 通过创新设计、全面验证、精心实施, 充分利用卫星剩余资源,发挥卫星潜能,从月球到L2 再到图塔蒂斯,实现了具有国际特色和水准的多目标多任务探测,取得了“好、快、省”的突出实效。

(13)通过对以往研究成果的转化、应用,开展国内外多站专项观测,实现了目标小行星定轨和预报,精度达到国际先进水平。

55科学成果 嫦娥二号携带了CCD 立体相机、伽玛谱仪、太阳风离子探测器、高能粒子探测器等7 种科学载荷,获取了高分辨率全月球影像、虹湾地区局部影像以及地月空间等约6 TB 原始数据,按照中国探月工程科学数据发布政策,已分级发布给包括港澳在内的中国相关高校和科研院所,将带动中国月球和空间科学的深化研究科学数据的分析研究。现已取得了空间分辨率7 m 的全月球图像、多种元素月面分布图等多项重要科学成果。科学数据的分析研究是个长期的过程,经过一段时间的研究,基于嫦娥二号获取的数据,科学家们会进一步深化对月球科学及空间科学的认识和理解,为解答月球和太阳系起源等科学问题,得到更多的创新成果。 66发射轶事

《新闻联播》调整报道形式

中国《新闻联播》打破常规,在国庆节当天采用“画中画”模式在节目开始直播“嫦娥二号”卫星发射。

在中央电视台新闻频道在直播嫦娥二号发射实况过程中,当指挥员宣布“点火”并按下点火按钮两、三秒后。按原定时间表播放报时信号及《新闻联播》,但却采用“画中画”(屏幕右下角)模式在节目开始直播嫦娥二号卫星发射,为开播以来第一次以此方式现场直播,至《新闻联播》片头结束后始恢复正常。其后在19时25分05秒至27分11秒,《新闻联播》再次现场直播了“嫦娥二号”星箭分离的实况。[25]

疑助推器飞越台上空引发骚动

在嫦娥二号发射后的晚上七点左右,在台湾台北县、宜兰、花莲、台东太麻里有大批民众目睹一个“红色的燃烧状球体,像倒立的香菇”拖着蓝色的尾巴由北往南飞越天空,过程约五至十秒;而嫦娥二号发射过程中,也经台湾海峡往东飞越北台湾上空,由于不像火流星的迹象,故初步研判为搭载之长征三号丙火箭的推进器掉进大气层时飞越台湾上空,但当初台湾媒体关注于2010年9月30日发生的水沙连高速公路北山交流道鹰架崩塌意外,在这之前亦没有多加报道嫦娥二号发射讯息,导致当时众人误以为是飞机爆炸坠机,引发不小的骚动。[26]

整流罩掉落几公里内有震感

2010年10月1日晚19时11分许,嫦娥二号卫星整流罩分别坠落在江西遂川县茶乡汤湖镇的南屏、横圳两个村,一处距汤湖镇政府以北南屏村1公里处的农田里,农田砸出了一个大坑,坑深达1.5米;另一处距镇政府横圳7公里处,当地人武部门赶赴现场处置。整流罩坠落时传来前后两声“砰”声巨响,周围几公里有比较强烈的震感,当地群众按照传来声响的方向找过去,分别发现两块整流罩,并立即报告镇政府。

 

 

 
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