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00004版:要闻

成功实施近月制动

嫦娥三号进入环月轨道

  本报北京12月6日电

  记者 李光敏

  北京时间12月6日17时53分,在北京航天飞行控制中心的精确控制下,嫦娥三号探测器成功实施近月制动,顺利进入环月轨道。

  17时47分,地面科技人员发出指令,嫦娥三号探测器器载变推力发动机成功点火,361秒钟后,发动机正常关机。根据北京航天飞行控制中心实时遥测数据监视判断,嫦娥三号顺利进入距月面平均高度约100千米的环月轨道,近月制动获得圆满成功。

  成功近月制动

  据介绍,近月制动是嫦娥三号飞行过程中一次关键的轨道控制。探测器飞临月球附近时,其相对速度高于月球逃逸速度,如不能有效减速制动,探测器将飞离月球;而如果减速过大,探测器则将撞向月球。

  近月制动之关键,不仅在于要求准确掌握制动的大小,还在于制动的时机有且仅有一次。中国空间技术研究院研究员、浙江籍航天专家庞之浩形象地把制动比喻为“刹车”,他说:“如果刹车踩早了,探测器就进入不了轨道,绕个小弯儿,就提前回来了。制动过大,嫦娥三号有可能撞月,而制动轻了或晚了,嫦娥三号会越过月球轨道。”

  另外,与嫦娥一号、二号任务分步实施近月制动不同,此次制动使用新研制的器载发动机,采用一次制动达到目标轨道的控制策略,任务风险和难度更大,对探测器控制能力和测控系统的测量精度提出了更高要求。

  嫦娥一号处于距月面平均高度约200千米的环月轨道,嫦娥二号虽然和嫦娥三号进入距月面平均高度约100千米的环月轨道,但它和嫦娥一号一样,用的都是490牛发动机,推力较小,都经过了三次制动才进入预定轨道。“一号和二号分三次慢慢进入预定轨道比较麻烦,但保险。相对而言,三号任务要一脚‘踩刹车’就进入预定轨道,风险大得多。”庞之浩说。

  两次轨道修正

  西昌卫星发射中心测控数据专家、高级工程师车著明接受媒体采访时曾表示,在漫漫奔月旅途中,嫦娥三号至少有3个关键环节需要跨越,包括轨道修正、近月制动和绕月变轨。近月制动的成功,意味着嫦娥三号已经顺利闯过了两关。

  自12月2日凌晨“零窗口”发射、精确入轨至今,嫦娥三号在地月转移轨道已经飞行了5天,并成功进行了两次轨道修正。

  在人类探月活动的历史上,曾多次发生探测器未能实现月球的捕获而丢失在星际间的事故,这大多是由于飞行过程中卫星姿态和速度控制不精确造成的。“失之毫厘,谬之千里”,如果卫星在地月转移轨道近地点有每秒1米的速度误差或1千米的高度误差,飞到月球附近时都将产生几千公里的位置误差。

  为确保嫦娥三号探测器准确实施近月制动,顺利抵达环月轨道,在高速飞行的过程中,嫦娥三号必须在地面的指令下进行中途轨道修正。一般来讲,至少需要进行两次修正,第一次是在进入地月转移轨道的一天之内,第二次是在到达月球的1至3天内。

  北京时间12月2日15时50分左右,北京航天飞行控制中心成功实施对嫦娥三号探测器地月转移轨道第一次中途修正。12月3日下午,第二次轨道修正成功。

  据介绍,第二次中途修正实施标定的7500牛发动机是我国首台变推力发动机,由中国航天科技集团公司负责研制,可实现推力从1500牛到7500牛大范围的连续变化,具有性能高、适应性强、燃烧稳定、结构简单、成本低廉等显著特点,它是嫦娥三号探测器近月制动、动力下降的主用动力。

  期待最后变轨

  在环月轨道运行约4天后,嫦娥三号将迎来它落月前的最后一次考验——变轨进入15公里×100公里的椭圆轨道。此次变轨控制,对于嫦娥三号能否顺利落月至关重要,也是我国迄今对距离地球最远的航天器实施变轨操作。

  庞之浩介绍,变轨控制的难度在于,变轨的制动得在月球背面来进行。由于预定降落的区域在月球正面的虹湾地区,所以相关数据得提前输入。“要想降低或者抬高某个轨道的高度,你得在这个轨道的对面就开始刹车或者加速,得提前半圈才行,而且不能有误差。”

  庞之浩解释说,嫦娥三号的这种轨道调整风险很高,因为我国选择的虹湾预选着陆区处在朝向地球的一面,而目前采取的控制方式都是对称控制,所以如果想调整嫦娥三号在月球正面的高度,必须在月球背面进行控制,提前注入数据,然后依靠其自主控制变轨。由于月球背面地区在大部分时间不可见,是测控设备难以控制的地方,为此,要采取通过改变推力方向来改变控制位置的方法,使得发动机关闭的最后时刻能够在地面的控制之下。

  另外,由于月球重力场的不均匀性会使嫦娥三号轨道产生较大变化,而且月球表面最高的山脉高度达到10千米,加上测量误差和轨道衰减,所以嫦娥三号在最低轨道高度为15千米飞行时风险很大,这对嫦娥三号自主控制和快速测定轨道提出了挑战。还有,嫦娥三号的飞行轨道越低,月球反射的能量越高,如果热控系统不能将卫星温度控制在45℃以下,仪器就会关机。

  在椭圆轨道上运行4天后,嫦娥三号将从高度约15千米的近月点开始动力下降,那是一次大考。


浙江日报 要闻 00004 嫦娥三号进入环月轨道 2013-12-07 3287166 2 2013年12月07日 星期六