衛星系統:月亮上的一抹亮色

□ 本刊記者 任 旼

“嫦娥二號”是以“嫦娥一號”衛星的備份星為基礎進行研制的，其主要任務是為探月工程二期進行前期工程驗證和探測，是二期的“探路者”。與“嫦娥一號”衛星相比，“嫦娥二號”衛星將由長征三號丙運載火箭發射至近地點高度200公里、遠地點高度約38萬公里的地月轉移軌道。衛星與火箭分離后，在地面測控支持下，經中途修正，在近月點自主實施制動，實現月球捕獲，變軌后進入100公里環月圓軌道。在環月運行期間，衛星將擇機實施軌道機動，進入100公里×15公里的橢圓軌道，開展技術驗證和二期工程備選著陸區成像試驗；試驗完成后，返回100公里環月圓軌道，開展月球科學探測。

作為二期工程的先導星，“嫦娥二號”衛星主要是用以試驗、驗證探月工程二期部分關鍵技術，深化月球科學探測目標。在飛行任務期間，“嫦娥二號”衛星將開展六大技術驗證：一是配合運載火箭驗證地月轉移軌道直接發射技術；二是驗證距月面100公里近月制動的月球軌道捕獲技術；三是驗證100公里×15公里軌道機動與飛行技術；四是對二期工程的備選著陸區進行高分辨率成像試驗；五是搭載輕小型化X頻段深空應答機，配合我國新建的X頻段地面測控站，試驗X頻段測控技術；六是試驗遙測信道低密度奇偶校驗碼（LDPC）編碼技術，月地高速數據傳輸技術及降落相機技術。這六大技術驗證，將為我們進一步了解月球表面環境，把握深空探測技術發展規律，有效降低探月二期工程風險，提供有益的借鑒。

“嫦娥二號”衛星和“嫦娥一號”衛星相比，有四個方面變化。首先，“嫦娥二號”在奔月軌道和環月運行軌道上不同于“嫦娥一號”。其將直接由運載火箭送至地月轉移軌道進行奔月，這樣既可以更好地節約衛星所攜帶的燃料，同時也可以縮短衛星到達月球的時間。在環月運行軌道上，“嫦娥二號”主要運行在100公里的圓軌道和近月點15公里、遠月點100公里的橢圓軌道上，這樣便可以更好地探測月球表面環境，驗證“嫦娥三號”關鍵技術，并對“嫦娥三號”備選著陸區進行高分辨率成像。其次，對有效載荷進行了較大調整和完善。“嫦娥二號”取消了原三線陣立體相機和成像光譜儀，新增了高分辨率CCD相機，第三，新增了技術驗證分系統，包括X波段測控子系統、視頻子系統及數據處理單元三部分，主要用于實現星地X頻段測控體制驗證，并試驗降落相機和小型化、低耗能設計等相關技術，為二期工程進行先期驗證和技術儲備。第四，對衛星平臺的其他分系統進行了適應性修改和完善。

“嫦娥二號”衛星在“嫦娥一號”衛星的基礎上，改進了有效載荷性能，提高了對月科學探測精度，重點是完成四個科學目標，即：獲取更高精度月球表面三維影像，分辨率由“嫦娥一號”衛星的120米提高至優于10米，在近月點15公里處甚至達到1米。同時還將探測月球物質成分、月壤特性以及地月與近月空間環境。“嫦娥二號”衛星開展的月球科學探測將在我國后續探月工作中發揮重要作用，可有效促進深空探測領域的發展。

“嫦娥二號”衛星是在“嫦娥一號”備份星的基礎上研制，整星共有10個分系統，包括有效載荷，結構，熱控，GNC，推進，供配電，數據管理，定向天線、測控數傳和技術試驗分系統。在“嫦娥一號”基礎上，“嫦娥二號”衛星對硬件技術狀態做了40多項調整，對軟件技術狀態做了60多項更改，并新增一個分系統——技術試驗分系統，新研了CCD立體相機、大容量存儲器、X頻段深空應答機、數據處理單元等關鍵單機。根據新的任務要求，系統總體及熱控分系統等進行了重新設計，8個分系統在充分繼承“嫦娥一號”衛星狀態基礎上進行了局部設計修改，而技術試驗和有效載荷這兩個分系統則集中了全部的新研軟硬件產品，并進行了全新設計。

點火發射后，為了能夠讓衛星順利進入100公里×100公里的工作軌道和100公里×15公里的環月軌道，設計人員進行了極其精確的分析求解，并建立了相關的數學模型找到了控制精度的有效方法，使“嫦娥二號”乘坐著“直達電梯”向月宮飛奔而去。“嫦娥二號”與“嫦娥一號”相比，最大的一個不同就是新增了一個分系統——技術試驗分系統。這個分系統主要用于實現星地X頻段測控體制驗證，并試驗降落相機等相關技術，為二期工程進行先期驗證和技術儲備。“嫦娥二號”衛星首次應用X波段測控體制，它有著傳輸速度高、信號衰減小、負載數據多等優點。“嫦娥二號”衛星在運行過程中將面臨300℃左右的冷暖溫差，由熱控系統的設計團隊設計的衛星防輻射覆膜可以傳導星內的熱量，有效形成星內熱平衡環境。為了快速清晰地獲取月球表面圖像，“嫦娥二號”衛星安裝了三臺監視相機與一臺降落相機。三臺監視相機即490N發動機監視相機、定向天線監視相機及太陽翼監視相機。490N發動機用于衛星姿軌控，490N發動機監視相機可以監視其工作狀態，獲得發動機點火工作時的視頻圖像，并可在衛星發射后從太空中拍攝地球圖像。定向天線通過旋轉對準地球，傳輸各種數據信號，是衛星與地面連接的紐帶，定向天線監視相機拍攝的圖像可以監視其工作狀態。太陽翼監視相機可以拍攝太陽翼展開過程及工作狀態，判斷太陽翼狀態是否正常，在姿軌控配合下還可拍攝地球與月球圖像。實現月面軟著陸是探月二期工程的主要目標之一，著陸器在降落過程中將根據圖片自主避開不適于降落的地點，“臨機決斷”選擇一塊適宜降落的平坦表面。因此，降落相機的性能是影響著陸器軟著陸能否成功的一個關鍵因素。降落相機可根據需要選擇清晰拍攝或快速拍攝工作模式對月面拍攝。

“嫦娥二號”衛星有四個方面的重要特點。一是產品狀態多。“嫦娥二號”衛星上共有200多臺硬件設備，它們有著不同的狀態。其中，繼承了“嫦娥一號”衛星的產品大約有85%，做過適應性修改的產品大約占10%，新研制的產品大約占5%。二是試驗驗證難。“嫦娥二號”衛星上有很多新技術是原來沒有使用或者遇到過的。比如這次“嫦娥二號”衛星上使用的490N發動機要連續工作半年，研制人員在地面做了半年多的可靠性驗證試驗，對其長期工作的可靠性進行驗證。再比如，本次衛星上的主相機為TDICCD相機。這種相機的測試要牽涉到地面系統、星上系統和測控系統，最終會形成高清晰的圖像，因此測試驗證起來就相當困難。三是產品無備份。當星上產品出現問題的時候，并沒有備份產品可以馬上使用。四是研制隊伍新。在“嫦娥二號”衛星10個分系統的主任設計師中，只有一個是“嫦娥一號”衛星研制隊伍中留下來的，其他的都是原來的副主任設計師，或者原來研制隊伍中逐步走上重要技術崗位的年輕技術人員。

鑒于上述四大特點，“嫦娥二號”研制團隊采取了科學有效的管理，大力倡導“用成功報效祖國”的使命、“零缺陷”的工作理念和“嚴慎細實”的工作作風，逐步形成了獨具特色的團隊文化。

對于普通百姓來說，“嫦娥二號”衛星看點是很多的。在期待“嫦娥二號”衛星完成主任務并傳回落月區清晰的高分辨率月面圖像的同時，“嫦娥二號”還將試圖展示給全國人民更多好看的圖像，如太陽能帆板展開、天線展開、發動機點火等衛星在奔月過程中關鍵環節的圖像。這些畫面以前都只能通過動畫演示才能看到，而這次是真實的影像。同時，“嫦娥二號”還要盡可能地在奔月過程中對地球和月球進行實時成像。