聚焦“嫦娥二號”任務五大關鍵點

□ 本刊記者 劉昊元

“嫦娥二號”任務是我國實施的第二次月球探測，也是全世界第127次月球探測。作為我國探月工程二期工程技術的先導星，“嫦娥二號”衛星擔負著探月一期工程和二期工程之間承上啟下的作用，其任務實施過程有五大關鍵點。

關鍵點一：發射──“嫦娥”再次飛天

將“嫦娥一號”衛星送上太空的是“長征三號甲”運載火箭，而本次發射將使用“長征三號丙”運載火箭。

中國運載火箭技術研究院總體設計部高級工程師李聃說，“長征三號甲”系列火箭包括“長征三號甲”、“長征三號乙”和“長征三號丙”三種構型。“長征三號甲”系列火箭的電氣系統的單機、發電機等基本可以通用，差別在于“長三乙”是在“長三甲”的基礎上捆綁了4個助推器，而“長三丙”是在“長三甲”的基礎上捆綁了2個助推器。

從運載能力上看，“長三甲”火箭的標準地球同步轉移軌道運載能力是2600公斤，“長三乙”是我國目前最大的高軌道運載火箭，它的運載能力達到了5500公斤，“長三丙”的運載能力為3800公斤。

“因為‘嫦娥二號’的起飛重量是2480公斤，不必使用‘長三乙’；但‘嫦娥二號’要直接進入地月轉移軌道，而‘長三甲’的運載能力不足以把衛星送入地月轉移軌道，所以最后選擇使用‘長三丙’。”李聃說。

關鍵點二：地月轉移──直接快速奔月

火箭發射后的146.6秒、257.9秒和332.4秒將分別進行二級分離、拋整流罩和三級分離，在發射后的1533秒進行星箭分離后，衛星將進入近地點高度200公里、遠地點高度約38萬公里的地月轉移軌道直接奔月，而不是像“嫦娥一號”那樣在環繞地球的調相過渡軌道飛行7天后再進入地月轉移軌道開始奔月。“嫦娥二號”直接奔月只需要5天，這是一大創新。

“打個比方，’嫦娥一號’是我們的大姑娘，大姑娘遠嫁月球，先圍著‘娘家’繞了3圈，走了14天才到月球；’嫦娥二號’是二姑娘，也要遠嫁月球，我們希望她能夠走捷徑，直接進入38萬公里的奔月軌道。”探月工程總設計師吳偉仁說，這樣既可以節省火箭推進劑，也可以為衛星探測和試驗留出更多時間。

關鍵點三：近月制動──深空中的“急剎車”

當星箭分離后衛星將進入地月轉移軌道時，其速度將超過第一宇宙速度，達到約11公里每秒。此后，”嫦娥二號”衛星將經歷太陽翼展開、修正軌道、空間環境探測、巡航、X頻段測試實驗、紫外導航試驗等步驟，這個過程將歷時約112小時，與”嫦娥一號”衛星的114小時大致相當。

當衛星到達月球附近的特定位置時，衛星就必須“急剎車”，也就是近月制動，以確保衛星既能被月球準確捕獲，也不會撞上月球，并由此進入近月點100公里、遠月點8700公里、周期12小時的橢圓軌道。再經過兩次軌道調整，進入100公里的極月圓軌道。

“相比’嫦娥一號’在距月面200公里處被月球捕獲，’嫦娥二號’將在距月面100公里處進行制動，飛行速度更快，軌道更低，制動量更大，同時月球不均勻重力場對衛星軌道的攝動影響也相應增大，這大大提高了對衛星制動控制精度的要求。””嫦娥二號”衛星總設計師黃江川說。

關鍵點四：降軌──與月球“親密接觸”

當”嫦娥二號”衛星進入100公里的極月圓軌道之后，衛星將擇機變軌，進入100公里×15公里橢圓軌道與月球“親密接觸”──用CCD立體相機在15公里近月點拍攝分辨率優于1.5米的虹灣預選著陸區圖像，并驗證軌道機動與快速測定軌等相關技術，為后續著陸任務做準備。

“月球上的高山和溝谷與地球大體相似，按月平面計算的話，有10公里左右的高山，也有10公里左右的溝谷，這對我們的衛星控制技術和測控技術的要求更高了，因為弄不好就可能撞到月球上去。”吳偉仁說。

關鍵點五：升軌──繼續相關技術試驗和科學探測

衛星在100公里×15公里軌道運行1－2天后，將返回100公里環月軌道，全部載荷將開機，繼續開展為期約半年的技術試驗和科學探測。

“嫦娥二號”衛星將利用CCD立體相機和改進的激光高度計進行月面地形地貌探測，獲得分辨率優于10米的月表圖像和更精細的月表高程數據，為后續著陸區優選提供依據，同時為劃分月球表面的地貌單元精細結構、斷裂和環形構造提供原始資料。

此外，”嫦娥二號”衛星還將利用改進的γ/X射線譜儀、微波輻射計、空間環境探測儀等設備，對月表元素和物質成分、月壤特性、地月空間環境進行探測，以估算月壤厚度，獲得更高空間分辨率和探測精度的元素分布圖。

對于”嫦娥二號”的最終命運，黃江川表示，有可能將根據衛星在軌運行情況對月球做補充探測并最終落月，也有可能讓其飛出地月環境或回“娘家”。最終采用哪種方式還要看前期主任務執行情況以及衛星的狀態和能力。

“到時候各方專家將匯集在一起，共同研究決定”嫦娥二號”衛星的最終命運，為其選擇一個可利用價值最大的歸宿。”