“嫦娥一号卫星第一次近月制动克服了三大挑战。”北京航天飞行控制中心副主任、测控专家麻永平在接受新华社记者采访时说。
“嫦娥一号”还将通过实施两次近月制动进入工作轨道
近月制动克服三大挑战
“第一个挑战来自制动时机的唯一性,如果不能在月球捕获点实施近月制动,卫星就将与月球失之交臂,难以进入环月轨道。”麻永平说,第二是月球空间环境的复杂性,由于是我国卫星首次绕月飞行,我们对其空间环境缺乏实际的了解和认识。
第三个挑战来自对轨道的测量与控制。按照计划,嫦娥一号卫星要实施三次近月制动。第一次要把卫星的飞行速度从每秒2.4公里降到每秒2.06公里,进入周期为12小时的椭圆环月轨道,第二次要把速度降到每秒1.8公里,进入周期为3.5小时的环月轨道,第三次再降到每秒1.59公里,最终进入周期为127分钟的极月圆轨道。如果没有高精度的测定轨技术和轨道控制技术,很难保证这些任务的完成。
为何实施近月制动?
为什么要对嫦娥一号卫星实施近月制动?绕月探测工程卫星系统副总设计师黄江川向记者作了介绍。
随着嫦娥一号卫星与月球的逐渐接近,它所受到的月球作用力也在不断加大,飞行速度将显著提高。在抵达近月制动点时,卫星飞行速度约为2.4千米/秒。如果不减慢飞行速度,卫星就无法被月球捕获,进入环月运行轨道,实现绕月飞行的目标。
“之所以采取分三次对卫星实施制动,主要是根据卫星上所携带发动机的推力大小设计的。”黄江川说,“这样,不仅能够减小每次控制的任务量,而且能够有效节约卫星携带的燃料。”
近月制动如何实现?
嫦娥一号的第一次近月制动是如何实现的呢?
北京航天飞行控制中心总工程师王也隽介绍说,嫦娥一号卫星的近月制动是非常关键的测控动作,关系到整个任务的成败。在实施制动前,北京飞控中心根据各测控站、船传回的数据,实时跟踪计算卫星的运行轨道情况,分析研究第一次近月制动的轨控策略,进行了充分的准备,以确保近月制动取得成功。
王也隽说,卫星近月制动发动机点火之前6小时和3.5小时,北京飞控中心分别计算出关于卫星进行姿态调整、轨道控制以及发动机点火的各项参数,在发动机点火前4小时和1小时各注入一次,这些数据和指令就成为卫星实施近月制动的根据。
“发动机点火前40分钟时,卫星调整太阳帆板,以保证轨控期间太阳帆板能够补充供电。”王也隽说,“点火前35分钟时,卫星实施惯性调姿,让发动机朝向卫星飞行方向。发动机点火工作后,等于给前进中的卫星一个反作用力,减慢其飞行速度,收到‘刹车’的效果。这样,就能实现被月球捕获的目标。”
就像打移动靶中十环
第一次近月制动是一个难度很大的动作。
北京航天飞行控制中心总工程师王也隽介绍,在地月转移轨道运行的“嫦娥一号”卫星抵达月球捕获点时,其飞行速度约为2400米/秒,如不及时有效制动,卫星将飞离月球,难以被月球引力捕获。这次近月制动,是在北京航天飞行控制中心的控制下,降低卫星飞行速度,完成“太空刹车”,建立正常姿态,进入周期为12小时的椭圆环月轨道。
“控制过了,卫星就会往月球撞上去,控制不够,卫星就飞跑了。这对控制精度要求非常高。好像打移动靶,还要中十环。”北京航天飞行控制中心主任朱民才说。
28天做一次全月探测
中国的科学家们为“嫦娥一号”环月飞行设计了一条圆形越极轨道。这条轨道相对月球赤道的倾角为90度,即“嫦娥一号”的环月工作轨道面垂直于月球的赤道面,这样,“嫦娥一号”就能恰好飞越月球的南北极。由于月球自身的自转运动,每28个地球日左右转动一圈,因此用28天左右的时间,“嫦娥一号”就可以进行包括月球南北极、月球背面的全月探测。
“嫦娥一号”采用圆形越极轨道是由其任务所决定的。它有两个填补空白的探测任务,一是绘制世界首幅全月球的三维立体表面图,二是首次探测全月球的月壤分布特征和厚度。从这个意义上来讲,“嫦娥一号”是世界首枚全月探测卫星。
把握距月面最佳高度
为追求较高图像分辨率,轨道高度尽可能在100~200公里之内。但是如何使“嫦娥一号”在最佳的飞行高度工作呢?
“嫦娥一号”离月面越近,卫星上的科学仪器分辨率越高,由于月球引力的特殊性,月球探测卫星进入月球轨道时的误差要求越高,在进入月球轨道后的轨道维持压力也较大。假如月球探测卫星运行在离月面100公里高的轨道上,如果没有轨道维持,那么它在半年内就可能坠落月面。如果月球探测卫星运行在离月面200公里高的轨道上,即使不作轨道维持,也能运行很长时间,而且对月球的观测面积还较大。 (据新华社、《新民晚报》)