走到太空探測的最前沿——“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師黃江川談衛(wèi)星研制

□ 本刊記者 潘永清

在“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星發(fā)射前夕，衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師黃江川接受本刊記者專訪，全面介紹了衛(wèi)星的技術(shù)特點(diǎn)和研制情況。他表示，我的心愿就是希望繼續(xù)開展深空探測，讓中國人走得更遠(yuǎn)一些，走到太空探測的最前沿。

問：“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星與“嫦娥一號(hào)”主要有什么不同？

答：“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星繼承了“嫦娥一號(hào)”的備份設(shè)備。根據(jù)探月工程的規(guī)劃，“嫦娥一號(hào)”的成功就代表探月一期工程已圓滿完成;“嫦娥二號(hào)”就是為了把這些備份設(shè)備利用起來，把它劃到探月二期工程，作為先導(dǎo)星。首先一個(gè)是一期，一個(gè)是二期，主要差別在于除了繼承備份設(shè)備、長相差不多之外，又增加了一個(gè)技術(shù)試驗(yàn)分系統(tǒng)和全面升級(jí)了有效載荷。

問：技術(shù)試驗(yàn)分系統(tǒng)是個(gè)什么系統(tǒng)？

答：技術(shù)試驗(yàn)分系統(tǒng)跟“嫦娥二號(hào)”的科學(xué)目標(biāo)有關(guān)，主要是繼續(xù)月球探測工程，起到一個(gè)承上啟下的作用，是二期工程的先導(dǎo)。“嫦娥二號(hào)”深化科學(xué)目標(biāo)，包括對(duì)工程上的一些新技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，把這些需要驗(yàn)證的設(shè)備獨(dú)立組成一個(gè)技術(shù)試驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)際上衛(wèi)星研制分為平臺(tái)和載荷，新技術(shù)驗(yàn)證可以說是載荷的一部分，相當(dāng)于有一個(gè)載荷分系統(tǒng)的技術(shù)試驗(yàn)，服務(wù)于“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星的目標(biāo)。

問：“嫦娥二號(hào)”主要驗(yàn)證一些什么新技術(shù)？

答：主要是后續(xù)工程的發(fā)射、軌道技術(shù)，星地協(xié)同的X頻段的測控技術(shù)，還有以后探測要用的，包括地球衛(wèi)星要用的一些輕小型化的產(chǎn)品。軌道技術(shù)包括更近距離的月球制動(dòng)，這是后續(xù)工程實(shí)施著陸的一個(gè)中間點(diǎn)，還有大系統(tǒng)協(xié)同。我們的產(chǎn)品也要升級(jí)，也要提高，在保證可靠的同時(shí)越來越輕，越來越小。輕小型化的產(chǎn)品技術(shù)在后續(xù)工程中要大量采用，這就需要很多設(shè)備的驗(yàn)證。

問：針對(duì)這些任務(wù)做了哪些技術(shù)改進(jìn)，突破了哪些關(guān)鍵技術(shù)？

答：改進(jìn)都是圍繞任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行的。從關(guān)鍵技術(shù)說有兩種情況，一種是這個(gè)任務(wù)的目標(biāo)我們以前很少，或者是根本沒有掌握；另一種情況就是技術(shù)比較新。比如說軌道方面就涉及到整個(gè)飛行程序，它需要全新設(shè)計(jì)。還有像100公里的環(huán)境，和200公里的環(huán)境完全不一樣。因?yàn)樵虑虻募t外輻射很厲害，對(duì)我們的熱設(shè)計(jì)、熱控影響很大，相當(dāng)于更靠近火爐邊了。此外，在月球軌道上的飛行規(guī)律，由于月球質(zhì)量分布不均勻，軌道飛行上也不一樣。這些都要做更細(xì)致的研究，涉及到產(chǎn)品設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)等方方面面。主要關(guān)鍵技術(shù)有X頻段的體制驗(yàn)證、高分辨率的CCD相機(jī)、輕小型化的小相機(jī)、綜合能力很強(qiáng)的小型數(shù)據(jù)處理單元等。

問：地月轉(zhuǎn)移軌道大概是一個(gè)什么樣的設(shè)計(jì)？

答：比起“嫦娥一號(hào)”，最主要差別就是直接飛出地球。因?yàn)榘l(fā)射“嫦娥一號(hào)”時(shí)，我們的技術(shù)基礎(chǔ)和飛行軌道環(huán)境、環(huán)月環(huán)境都不熟悉，采取較為穩(wěn)妥的方法，所以它的軌道是在地球上繞三圈，然后再一路奔月，再到環(huán)月，環(huán)月也有三次制動(dòng)，這個(gè)軌道就像一個(gè)扁擔(dān)挑兩個(gè)籮筐似的?！版隙鸲?hào)”有了“嫦娥一號(hào)”的基礎(chǔ)，我們就要向前跨一步，就是要充分利用我們運(yùn)載能力，運(yùn)載火箭在長三甲上增加助推器，變成了長三丙，可以直接飛出地球，這樣就變成一個(gè)趴著的逗號(hào)。在環(huán)月軌道上還要由200公里變到100公里，再模擬后續(xù)工程的飛行軌道，降到15公里，這項(xiàng)任務(wù)相當(dāng)重要。然后還得回來到100公里的環(huán)月軌道繼續(xù)探測。

問:從200公里到100公里的跨越對(duì)衛(wèi)星來說會(huì)面對(duì)什么問題？

答:飛行程序要重新設(shè)計(jì)，熱控要重新設(shè)計(jì)。在100公里環(huán)月軌道上，衛(wèi)星的平均溫度要升高是15度左右。長期飛行要重新設(shè)計(jì)熱控，把衛(wèi)星的整體溫度控制在一個(gè)比較好的水平上，一般控制在10度到20度，主要修改散熱面和熱交換，需要重新布置、重新設(shè)計(jì)。

問:這次的軌道變軌剎車的精度要求是不是更高了？

答:是這樣的，可以想象，100公里距離月球更近，在衛(wèi)星的控制方面就要求它的緊迫性，就是說好了幾點(diǎn)幾分干什么事情，必須按時(shí)做到。這個(gè)時(shí)間的緊迫性就要求把動(dòng)作的準(zhǔn)確性和精度都提高，如果控制不好，就容易撞上月球，或者逃逸出去。逃逸出去一般抓不回來。從風(fēng)險(xiǎn)來說主要有兩個(gè)，一個(gè)與“嫦娥一號(hào)”一樣，在近月點(diǎn)100公里、遠(yuǎn)月點(diǎn)10000多公里的橢圓軌道上首次制動(dòng)，如果制動(dòng)晚了就逃逸出去了，如果制動(dòng)不精確就會(huì)撞上月球，這是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)在“嫦娥二號(hào)”在降軌時(shí)又多了一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)槲覀円獙?duì)“嫦娥三號(hào)”備選的著陸區(qū)域進(jìn)行高分辨率成像，這個(gè)區(qū)域在月球的正面，我們必須在它的反方向變軌，這恰恰是在月球的背面，這樣我們就看不見，不可控，只能靠它自主去完成，這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)就很大了。

問:為什么要驗(yàn)證X頻段的探測器？

答:要矢量化的話，兩個(gè)頻段的主要區(qū)別是，S頻段在2G左右，X頻段是8G，反過來說，頻率越高越適合升空，因?yàn)樘炀€口徑可以減小，抗衰減等方面的性能好，能提高頻率，國外先進(jìn)的頻率還更高，我們在這方面也要發(fā)展，需要的功率小，設(shè)備也小，又有利于輕小型化。可以用更小的設(shè)備、更低的功率，傳輸更多的數(shù)據(jù)，還可以走得更遠(yuǎn)，現(xiàn)在世界最先進(jìn)的已經(jīng)走出了太陽系，我們剛剛走到月球，下一步我們要走到火星、金星，就是要搞行星探測，月球只是深空探測里面的入門星。

問:這次的發(fā)射窗口是怎么選擇的呢？

答:發(fā)射日期的選擇受很多因素的影響，一個(gè)就是地日月的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還有太陽對(duì)飛行過程中的能源采集的影響、發(fā)射場的氣候、運(yùn)載能力的限制、衛(wèi)星能力的限制等等；這次還有一個(gè)考慮，就是先導(dǎo)星肯定要比后續(xù)的衛(wèi)星要早，要綜合這些因素來選擇窗口。僅從日地月三者的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來講，一年有24次，每個(gè)月都有兩次，但是綜合所有的考慮，一年大概有三到四次機(jī)會(huì)，我們還有一個(gè)重要的考慮就是選擇連續(xù)三天都能發(fā)射，就這一點(diǎn)在一年24次中可能有20次都不行。

問:在軌飛行時(shí)間為什么定為半年，半年后怎么辦？

答:確定在軌飛行時(shí)間期間，一要考慮衛(wèi)星本身狀態(tài)，二要考慮任務(wù)需求。因?yàn)樵虑虻馁|(zhì)量不均勻，離月球更近，軌道的穩(wěn)定性就越差，100公里軌道肯定比200公里的穩(wěn)定性差一些，需要頻繁進(jìn)行修正，進(jìn)行長時(shí)間在軌飛行困難較多。從任務(wù)需求來說，我們有信心在半年內(nèi)就完成工程驗(yàn)證和科學(xué)探測兩方面的任務(wù)，因而確定為半年，其實(shí)達(dá)到一年是沒有任何問題的。

半年后怎么辦，我們做了一些設(shè)想和研究，一種可能是落月，還有一種可能是讓衛(wèi)星飛到更遠(yuǎn)的星空，再就是有人提出讓衛(wèi)星飛回來，可以說這些能力都有，但飛回來干嘛，有什么意義，這些都沒有最后的定論，要結(jié)合實(shí)際運(yùn)行再做決定。

問:“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星一共有哪些系統(tǒng)，怎么分工？

答:先有總體結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于人體的骨架，起支撐作用。再有數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，相當(dāng)于人的大腦，發(fā)揮數(shù)據(jù)信息匯集、交換中心的作用。第三是熱控，保持衛(wèi)星的環(huán)境，大體上相當(dāng)于人的皮膚再加上點(diǎn)衣服。第四是制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)，這個(gè)對(duì)應(yīng)得多一些，一個(gè)是敏感器，相當(dāng)于人的五官；一個(gè)是轉(zhuǎn)換、推進(jìn)和姿態(tài)控制的執(zhí)行系統(tǒng)，相當(dāng)于人的四肢，還相當(dāng)于小腦；推進(jìn)系統(tǒng)相當(dāng)于要做大的運(yùn)動(dòng)要用燃料；測控?cái)?shù)傳和天線的作用就是數(shù)據(jù)交換和指令接發(fā)，對(duì)人來說就是交流。還有激射試驗(yàn)和有效載荷，這兩個(gè)在人體之外，因?yàn)槿嘶钪顒?dòng)的話肯定有某種目的，這就是任務(wù)目標(biāo)。

問:在研制過程中怎樣確?！版隙鸲?hào)”衛(wèi)星絕對(duì)成功？

答:航天工程是一個(gè)典型的系統(tǒng)工程，系統(tǒng)工程本身就有一套程序來保證。探月工程中本身就有五大系統(tǒng)，這五大系統(tǒng)互相合作。從具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)來說有兩個(gè)層次：一個(gè)是單機(jī)層次，我們有200多個(gè)單機(jī)，每個(gè)單機(jī)是一個(gè)層次；還有就是分系統(tǒng)層次，按“嫦娥二號(hào)”的任務(wù)要求，熱控、飛行程序是我們新設(shè)計(jì)的，GNC在“嫦娥一號(hào)”的基礎(chǔ)上進(jìn)行了針對(duì)性改進(jìn)。按照“嫦娥二號(hào)”的任務(wù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、研制、驗(yàn)證、演練等。每個(gè)層次都嚴(yán)格按要求推進(jìn)。

問:你第一次擔(dān)任“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師，壓力大嗎？

答:“嫦娥二號(hào)”基本上繼承了“嫦娥一號(hào)”的技術(shù)，我在“嫦娥一號(hào)”是副總設(shè)計(jì)師，從工作量、工作難度來說沒有“嫦娥一號(hào)”大，但責(zé)任不一樣。過去有總設(shè)計(jì)師頂著，現(xiàn)在責(zé)任都在我這里。我干了20多年航天工程，有經(jīng)驗(yàn)積累，你只要按想到的事情就去做，沒有留遺憾，成功或許就是必然的。我把“嫦娥二號(hào)”和月球當(dāng)親人，接觸的時(shí)間長了就產(chǎn)生感情。我們要追求的一種境界，就是在成功前面加上兩個(gè)字“開心”，做到開心成功。

問:您最大的心愿是什么？

答:“嫦娥二號(hào)”成功，為后續(xù)工程打下好的基礎(chǔ)，為探月二期工程打一個(gè)好的開端。另外，我們總想遠(yuǎn)走，對(duì)于未來的深空探測，非常有期待。我們國家現(xiàn)在也有經(jīng)濟(jì)實(shí)力了，在這方面會(huì)有更多的需求，也愿意在這方面做更多的貢獻(xiàn)。作為職業(yè)，這很光榮。我的心愿就是繼續(xù)開展深空探測，讓中國人走得更遠(yuǎn)一些，走到太空探測的最前沿。