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发射入轨 看点：“零窗口”准时发射，嫦娥二号首次被直接送入地月转移轨道，将比嫦娥一号节省7天到达月球 嫦娥二号卫星由长征三号丙运载火箭送入近地点高度200公里、远地点高度38万公里的直接奔月轨道，这在我国航天发射是第一次。同时瞄准“零窗口”也就是在预定发射时间成功发射。嫦娥二号卫星直接奔月，相比嫦娥一号卫星绕地球三圈后再进入地月转移轨道，将节省7天时间到达月球。 所谓的“零窗口”，是指在预定发射时间正负一秒内发射出去。一般是指在发射窗口前沿发射，比如预定19时至19时30分的窗口发射，如果瞄准窗口前沿即19时准点发射，送到轨道后，比起在窗口后期发射，卫星变轨时效率更高，更节省燃料，后续的在轨工作也会更加顺利。 嫦娥二号卫星总设计师黄江川介绍说，“零窗口”发射很难，需要几大系统协同，任何一个系统出问题都不能实现。如果按窗口后沿发射的话，要比“零窗口”发射多用大概100公斤燃料。 此次嫦娥二号卫星被直接送入地月转移轨道，要求火箭推力更大，控制更精密，需要突破运载火箭直接将卫星发射至地月转移轨道的发射技术。 “这种轨道的发射，拿打靶来比喻，以往发射的轨道是在打固定靶，嫦娥二号卫星我们打的是一个移动靶，显然难度更大。”长征三号甲系列火箭主任设计师李聃介绍。 奔月过程 看点：科学仪器首度在途中打开，首次给地球和月球拍照，深空测控技术启动 进入地月转移轨道后，嫦娥二号卫星的奔月飞行旅程约为112小时。卫星上探测空间环境的科学仪器将首度在途中打开，深空测控通信技术的试验也将开始，同时卫星还要在路上不时给地球和月球拍照。 在嫦娥一号奔月时，科学有效载荷在途中并没有开机。此次嫦娥二号奔月，高能粒子探测器、太阳风离子探测器等部分科学有效载荷将在途中开机，对地月空间环境进行探测。高能粒子探测器将是第一台打开的仪器。 探月工程月球应用科学首席科学家严俊说，“嫦娥二号任务开始的时候正好是太阳活动峰年。从地球到月球之间，正是探测空间环境难得的好机会。” 这次嫦娥二号卫星还将第一次在途中给地球和月球分别照相，在不同距离处分别获得地球和月球的完整图像。 抵达月球 看点：在近月点精准“刹车”，被月球成功捕获后，顺利进入100公里轨道绕月 嫦娥二号卫星到达距离月球表面100公里高的近月点时，需要实施近月制动，也就是“刹车”，否则将会撞上月球或者擦身而过。之后再经过变轨和两次“刹车”，最终进入高度为100公里的环月工作轨道，这也将标志嫦娥二号任务的基本成功。而接受考验的将是100公里月球轨道捕获技术和环月飞行轨道控制技术。 相比嫦娥一号在200公里处被月球捕获，嫦娥二号实施近月捕获时飞行速度更快、轨道更低、制动量更大，同时月球不均匀重力场对卫星轨道的摄动影响也相应增大，大大提高了对卫星制动控制精度的要求。黄江川介绍，风险是在首次月球制动，制动之后是一个近月点100公里、远月点10000多公里的环月大椭圆轨道，它几乎是唯一的。因此如果制动过晚卫星就逃逸出去了，如果制动不精确就会撞上月球。 在嫦娥二号卫星抵达距离月球表面100公里高的近月点时，测控系统对卫星进行第一次近月制动，如同汽车行进中踩“刹车”一样，进入环月大椭圆轨道。此后再经过1次轨道平面机动和2次“刹车”，最终进入高度为100公里的环月轨道，最后通过远程测控，卫星完成巡航姿态建立等程序，在预定轨道上正常工作。 降轨探测 看点：卫星变轨到距月球15公里低轨道上，对月球虹湾预选着陆区拍摄分辨率优于1.5米图像 嫦娥二号卫星在100公里的环月轨道上调整并运行一段时间，将在月球背面自主降轨，进入一个近月点15公里、远月点100公里的椭圆轨道，然后顺轨道飞到月球正面的虹湾上空，在最近为15公里高度对虹湾预选着陆区进行拍摄。2天探测结束后，卫星要在月球背面再自主变轨，重新回到长期绕月运行轨道也就是100公里的环月圆轨道，继续开展技术试验和科学探测。 由于嫦娥三号探测器的月球备选着陆区虹湾位于月球正面，因此嫦娥二号卫星要在最近点接近虹湾，就必须在其反方向降轨，恰恰是在月球的背面变轨。专家介绍说，“这样我们就看不见卫星，测控够不着，只能靠卫星自主去完成降轨，这个相对嫦娥一号风险就大大提高”。 据黄江川介绍，卫星自主控制降轨时的变轨时机是关键，因为变轨时机决定了之后的近月点的位置，如果时机不对，到时候卫星在15公里的近月点位置和备选着陆区会有误差。 另外一个风险是，由于卫星环月运行高度只有100公里，近月点高度最低只有15公里，月球的不均匀引力，加之月球表面有很多环形山，最高的达到9000米高度，比珠穆朗玛峰还要高。整个降轨过程因此将考验100公里乘15公里轨道机动与快速测定轨技术。当嫦娥二号卫星飞到备选着陆区上空15公里处，卫星上搭载的新研制的TDI—CCD立体相机将对这片地区进行优于1.5米分辨率的成像，勘察地形地貌。从降轨到回到原来100公里环月圆轨道，嫦娥二号一共将飞行31圈66个小时。据专家介绍，卫星在这个100公里乘15公里轨道上飞的时间越长，相应风险越大。 半年环月 看点：完成科学任务和深空技术试验，抵御空间环境风险 嫦娥二号卫星完成备选着陆区探测后，又将重新回到高度为100公里的环月近圆轨道，并将在这个轨道上运行半年，在此期间，嫦娥二号卫星还将开展其他科学任务，并继续测试X频段深空探测技术。同时，还需要抵御太阳活动等造成的空间环境风险。 据介绍，包括虹湾地区高分辨率图像在内的科学数据接收和处理，都将由地面应用系统来完成。嫦娥二号任务地面应用系统总指挥刘晓群说，嫦娥二号传输科学数据的能力比嫦娥一号强2倍，从3兆码速率扩展到6兆码速率，同时还将试验12兆码的传输能力，这将保证嫦娥二号卫星获得的高分辨率数据能够尽快传到地面。 长期在轨飞行，还需要时常不断对轨道进行修正。黄江川介绍，不论是100公里还是200公里的轨道，都是一个约数，比如运行半个月以后它可能远月点还是100公里，但近月点可能就变成了80或90公里，因此时常要对这个轨道进行修正，同时需要保持精心观测卫星状态。 此外，太阳每11年会有一次概率很大的剧烈活动，像太阳黑子爆发通常对航天器会有影响，严重的话可能会使卫星上的电子元器件损坏。轻微的话，也可能会有一些临时性故障，这些故障可能会对卫星的飞行造成影响，比如说卫星被迫转入安全模式，或者本来正对月球进行探测，但受到空间环境的干扰，卫星可能要进入保能源、保安全的状态，就需要地面发指令再回到原来的状态。黄江川说，从设计上来说，都有充分的手段可以抵抗这些空间环境的影响。 |
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