衛(wèi)星兩面溫差300℃

昨天18時(shí)50分許，星箭準(zhǔn)備點(diǎn)火發(fā)射。新華社發(fā)

????如果將嫦娥探月系統(tǒng)比作一個(gè)大家庭，嫦娥二號(hào)就是這個(gè)家庭中的“二姑娘”。今天她將攜手長(zhǎng)三甲火箭家族的“老三”長(zhǎng)三丙，走上一場(chǎng)新婚探月之旅。就嫦娥二號(hào)的載荷、登月方式等關(guān)鍵性技術(shù)環(huán)節(jié)，中國(guó)探月工程副總設(shè)計(jì)師于登云、嫦娥二號(hào)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師黃江川等專(zhuān)家予以揭秘。

????談及嫦娥二號(hào)將來(lái)的三種歸宿時(shí)，專(zhuān)家表示，衛(wèi)星可

 ???奔月軌跡

????“二姑娘”出嫁走天梯

????嫦娥二號(hào)在奔月軌道和環(huán)月運(yùn)行軌道上不同于嫦娥一號(hào)，她將直接由運(yùn)載火箭送至地月轉(zhuǎn)移軌道進(jìn)行奔月，這樣既可以更好地節(jié)約衛(wèi)星所攜帶的燃料，同時(shí)也可以縮短衛(wèi)星到達(dá)月球的時(shí)間。而嫦娥一號(hào)是先發(fā)射到地球附近的過(guò)渡軌道，再經(jīng)過(guò)多次調(diào)整進(jìn)入奔月軌道。

????在環(huán)月運(yùn)行軌道上，嫦娥二號(hào)主要運(yùn)行在100公里的圓軌道和近月點(diǎn)15公里、遠(yuǎn)月點(diǎn)100公里的橢圓軌道上，這樣便可以更好地探測(cè)月球表面環(huán)境，并對(duì)后續(xù)發(fā)射的嫦娥三號(hào)備選著陸區(qū)進(jìn)行高分辨率成像。

????有人做過(guò)形象的比喻：嫦娥一號(hào)衛(wèi)星采用的發(fā)射軌道猶如讓衛(wèi)星通過(guò)“走步梯”的方式，在星箭分離后依靠自身的動(dòng)力達(dá)到奔月點(diǎn)，而嫦娥二號(hào)衛(wèi)星直接由火箭送入地月轉(zhuǎn)移軌道奔月口，好像坐的是“電梯”，一步到位。這個(gè)比喻形象地說(shuō)明了兩種發(fā)射方式的不同。

????這種地月轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射方式，可以大大縮短衛(wèi)星奔月的時(shí)間。相比于嫦娥一號(hào)衛(wèi)星，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星的奔月時(shí)間縮短了一半還多，預(yù)計(jì)112小時(shí)（近5天）即可到達(dá)月球。

????專(zhuān)家指出，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射成功，充分驗(yàn)證了火箭直接把衛(wèi)星送上地月轉(zhuǎn)移軌道的技術(shù)和能力，將成為我國(guó)探月后續(xù)工程采用的軌道方式。

????衛(wèi)星載荷

????相機(jī)是必備“嫁妝”

????嫦娥二號(hào)繞月飛行高度由嫦娥一號(hào)時(shí)的200公里降低到100公里，為月球拍近照。它所攜帶的CCD相機(jī)的精度也由之前的120米的分辨率提高到7米以?xún)?nèi),分辨率提高了17倍。也就是說(shuō)，相機(jī)“聚焦”精確度提高了17倍。

????據(jù)了解，至今國(guó)際上還沒(méi)有分辨率優(yōu)于10米的全月立體圖像，而嫦娥二號(hào)CCD立體相機(jī)具有這種高精度能力，將為我國(guó)探月做出國(guó)際領(lǐng)先的科研成果。

????衛(wèi)星一舉一動(dòng)受監(jiān)視

????和嫦娥一號(hào)不同，嫦娥二號(hào)還攜帶了四臺(tái)微小相機(jī)，這是它所特有的。這四臺(tái)相機(jī)分別為發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)視相機(jī)、定向天線(xiàn)監(jiān)視相機(jī)、太陽(yáng)翼監(jiān)視相機(jī)和一臺(tái)降落相機(jī)。

????衛(wèi)星主發(fā)動(dòng)機(jī)是衛(wèi)星在太空中進(jìn)行軌道調(diào)整的唯一動(dòng)力，其作用相當(dāng)于汽車(chē)引擎。衛(wèi)星在奔月途中的軌道調(diào)整、接近月球時(shí)的減速、在軌運(yùn)行時(shí)改變軌道高度等關(guān)鍵動(dòng)作都需要靠主發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火來(lái)完成。如果發(fā)動(dòng)機(jī)因出現(xiàn)故障而失去工作能力，那么衛(wèi)星就會(huì)失去控制，壽命即告終結(jié)。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)視一般通過(guò)遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀，為了更好地了解發(fā)動(dòng)機(jī)在太空中的實(shí)際工作狀況，專(zhuān)門(mén)給主發(fā)動(dòng)機(jī)配備了一臺(tái)監(jiān)視相機(jī)，拍攝發(fā)動(dòng)機(jī)工作的視頻圖像，供設(shè)計(jì)師參考。

????定向天線(xiàn)是針對(duì)月球探測(cè)的特殊需要設(shè)計(jì)的天線(xiàn)，用于將衛(wèi)星自身的各種信息和探測(cè)數(shù)據(jù)傳回地面接收站，是衛(wèi)星與地球連接的紐帶。與地球衛(wèi)星天線(xiàn)固定安裝不同，嫦娥二號(hào)定向天線(xiàn)要在月球圍繞地球轉(zhuǎn)、衛(wèi)星圍繞月球飛的三體運(yùn)動(dòng)環(huán)境下，始終保持對(duì)準(zhǔn)地球。也就是說(shuō)，在衛(wèi)星繞月飛行過(guò)程中，定向天線(xiàn)要隨著衛(wèi)星位置的變化不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，以保持始終對(duì)準(zhǔn)地球，否則地面站將無(wú)法接收衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)。

????太陽(yáng)翼帆板是衛(wèi)星的能量來(lái)源，也是影響衛(wèi)星工作壽命的另一個(gè)關(guān)鍵部件。衛(wèi)星發(fā)射時(shí)太陽(yáng)翼處于折疊狀態(tài)，星箭分離后展開(kāi)，在衛(wèi)星飛行過(guò)程中還要不斷調(diào)整方向，以跟蹤太陽(yáng)，使太陽(yáng)翼獲取足夠的能量，供衛(wèi)星完成成像等各項(xiàng)任務(wù)。

????太陽(yáng)翼展開(kāi)及在地、月、星三體運(yùn)動(dòng)中保持對(duì)日定向的過(guò)程比較復(fù)雜，較其他系統(tǒng)更容易出現(xiàn)故障，雖然在地面做過(guò)充分的試驗(yàn)驗(yàn)證，但仍不能保證在太空中100%可靠。而第三臺(tái)監(jiān)視相機(jī)可以拍攝太陽(yáng)翼展開(kāi)及工作過(guò)程，獲取的圖像資料供技術(shù)人員進(jìn)行深入研究，對(duì)改進(jìn)太陽(yáng)翼設(shè)計(jì)、提高整星可靠性非常有益。

????黑白相機(jī)尋覓著陸點(diǎn)

????實(shí)現(xiàn)月面軟著陸是探月二期工程的主要目標(biāo)之一，著陸器在降落過(guò)程中將根據(jù)圖片自主避開(kāi)不適于降落的地點(diǎn)，“臨機(jī)決斷”選擇一塊適宜降落的平坦表面。因此，降落相機(jī)的性能是影響著陸器軟著陸能否成功的一個(gè)關(guān)鍵因素。降落相機(jī)可根據(jù)需要選擇清晰拍攝或快速拍攝工作模式對(duì)月面拍攝。由于月面目標(biāo)均為灰色，此相機(jī)為黑白相機(jī)。嫦娥二號(hào)衛(wèi)星在飛行中將把軌道高度降低到15公里的高度，對(duì)這樣一臺(tái)全新設(shè)計(jì)的降落相機(jī)的性能進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)考驗(yàn)，為將來(lái)嫦娥三號(hào)的探月征程打好前戰(zhàn)。

????雖然這四臺(tái)相機(jī)都只有手掌大小，每臺(tái)重量?jī)H三四百克，看起來(lái)與我們平常用的數(shù)碼相機(jī)相差無(wú)幾，但集成了光、機(jī)、電、熱等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)和自動(dòng)拍攝、實(shí)時(shí)圖像壓縮等智能化功能，能應(yīng)付惡劣的太空輻射、溫度環(huán)境，能承受發(fā)射時(shí)的強(qiáng)烈沖擊和振動(dòng)。

????運(yùn)載火箭

????“二姑娘”聯(lián)姻“老三”

????嫦娥二號(hào)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師黃江川介紹，對(duì)于月球探測(cè)和深空探測(cè)的航天器來(lái)說(shuō)，其上天成本甚至是幾倍于同重量的黃金。因此，我國(guó)要想實(shí)現(xiàn)更大重量或者更遠(yuǎn)距離的空間探測(cè)，必須最充分地利用火箭的推力，減少衛(wèi)星燃料的消耗。

????如果把嫦娥二號(hào)衛(wèi)星比作“嫦娥”家族“二姑娘”的話(huà)，那么長(zhǎng)三丙火箭就是長(zhǎng)三甲火箭家族的“老三”。嫦娥二號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射，實(shí)現(xiàn)了“二姑娘”和“三弟”的完美聯(lián)姻，可謂創(chuàng)造了中國(guó)航天器不同家族的傳世佳話(huà)。他們的這樁“婚姻”，還是探月專(zhuān)家們做的“媒”。

????我國(guó)發(fā)射嫦娥一號(hào)衛(wèi)星使用的是長(zhǎng)三甲火箭，它是長(zhǎng)三甲火箭家族的“大哥”。嫦娥二號(hào)作為繞月探測(cè)二期工程的先導(dǎo)星，這就決定了此次發(fā)射任務(wù)承擔(dān)著為繞月探測(cè)二期工程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證的使命，再加上嫦娥二號(hào)的重量達(dá)到2480公斤，因此，無(wú)論是從軌道參數(shù)等技術(shù)要求還是從載重要求來(lái)說(shuō)，“長(zhǎng)三甲”都難以擔(dān)此重任。而“長(zhǎng)三乙”的載重量對(duì)于嫦娥二號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)而言，又是一種浪費(fèi)。在綜合了技術(shù)方面的新要求和保證經(jīng)濟(jì)性、節(jié)約經(jīng)費(fèi)開(kāi)支的雙重考慮之后，嫦娥二號(hào)的發(fā)射任務(wù)才正式交付到“長(zhǎng)三丙”的身上?！袄先钡倪\(yùn)載能力比“老大”大一些，比“老二”小一些，用它發(fā)射嫦娥二號(hào)一點(diǎn)不“浪費(fèi)”。

????“移動(dòng)靶”軌道確定難

????地月轉(zhuǎn)移軌道的軌道設(shè)計(jì)要受到多方面因素的制約，其中主要包括火箭一級(jí)落區(qū)、測(cè)控覆蓋范圍和地月日三者之間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

????我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射的火箭，火箭的殼體按規(guī)定要落在云南省特定的區(qū)域內(nèi)。在這個(gè)區(qū)域，已經(jīng)形成了發(fā)射時(shí)人員撤離的慣例，對(duì)地面人員的安全容易管理。這使火箭在一級(jí)飛行時(shí)的軌道沒(méi)有“自由發(fā)揮”的余地。

????第二個(gè)因素是我國(guó)發(fā)射測(cè)控網(wǎng)的限制。測(cè)控網(wǎng)主要包括三個(gè)部分，一部分是我國(guó)陸上建設(shè)的測(cè)控站，另一部分是可以使用的外國(guó)陸上測(cè)控站，還有一部分就是測(cè)控船。火箭發(fā)射時(shí)，測(cè)控系統(tǒng)要對(duì)火箭進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)控。因此，其飛行軌道必須處于測(cè)控網(wǎng)覆蓋的范圍內(nèi)，這對(duì)一種新軌道的選擇形成了另一個(gè)很苛刻的限制。

????第三個(gè)制約因素來(lái)自地月日的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。地月轉(zhuǎn)移軌道要求星箭分離時(shí)，衛(wèi)星必須處在奔月軌道的入口處，否則只有通過(guò)衛(wèi)星機(jī)動(dòng)的方式進(jìn)行軌道調(diào)整，違背了節(jié)省衛(wèi)星燃料的最基本要求。

????“發(fā)射的時(shí)間不同，軌道的入口也不同，同時(shí)太陽(yáng)直射光線(xiàn)的角度也會(huì)發(fā)生變化?！遍L(zhǎng)三甲系列火箭設(shè)計(jì)師李聃介紹，“所以，必須嚴(yán)密考慮地月日三者之間的相互關(guān)系和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。相比于嫦娥一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射時(shí)的火箭飛行軌道，本次發(fā)射由"固定靶"升級(jí)為"移動(dòng)靶"，難度自然大大增加?！?/p>

????運(yùn)行保障

????衛(wèi)星兩面溫差300℃

????嫦娥二號(hào)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師黃江川介紹，和嫦娥一號(hào)200公里軌道相比，100公里軌道上的熱流增加了20%～30%。嫦娥二號(hào)衛(wèi)星在100公里軌道上短期運(yùn)行后溫度升高了15℃左右。因此，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星的100公里軌道工作環(huán)境將面臨100℃左右的高溫。為了應(yīng)對(duì)如此高溫的“大烤”，技術(shù)人員采取了多個(gè)方面的有效措施。

????月表的熱量主要來(lái)自太陽(yáng)光。但是，由于月表具有很強(qiáng)的反射性，所以嫦娥二號(hào)衛(wèi)星實(shí)際上面臨太陽(yáng)的炙烤和月表反射光的強(qiáng)烈照射。這也是100公里軌道處溫度高達(dá)100℃的主要原因。另外，月球上沒(méi)有空氣等作為熱傳導(dǎo)的介質(zhì)，因此衛(wèi)星上受到光線(xiàn)照射的部分溫度會(huì)很高，而沒(méi)有光線(xiàn)照射的地方會(huì)在零℃以下，衛(wèi)星的兩面可能相差300多℃。

????對(duì)于衛(wèi)星內(nèi)部元器件來(lái)說(shuō)，0～20℃的溫度是最理想的工作溫度。那么如何在衛(wèi)星處于高溫區(qū)的時(shí)候把星內(nèi)溫度降下來(lái)呢？為了解決這個(gè)問(wèn)題，衛(wèi)星技術(shù)人員重新設(shè)計(jì)了熱控系統(tǒng)，對(duì)衛(wèi)星艙內(nèi)的熱交換系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和布局，衛(wèi)星受到照射的部分和沒(méi)有受到照射的部分之間能夠迅速實(shí)現(xiàn)熱交換，從而使其不至于高者過(guò)高、低者過(guò)低，而是維持一種平衡的狀態(tài)。

????金銀外衣堪比空調(diào)

????出現(xiàn)在電視或者照片上衛(wèi)星表面金光閃閃和銀光閃閃的發(fā)亮的東西，這些就是精心為嫦娥衛(wèi)星織的“嫁衣”。金光閃閃的衣服有著非常好的隔熱作用，不僅能夠防止衛(wèi)星熱量散失，而且可以阻止外部的熱量進(jìn)入衛(wèi)星內(nèi)部；而銀光閃閃的衣服有著非常好的散熱作用，能夠?qū)⑿l(wèi)星內(nèi)部產(chǎn)生的廢熱及時(shí)排散到外界空間中。這些金光閃閃和銀光閃閃的衣服組成了一個(gè)天然的空調(diào)系統(tǒng)。

????衛(wèi)星熱控系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師向艷超介紹，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星表面的金光閃閃的衣服，是一層層比羽毛還輕的膜狀物和網(wǎng)狀物間隔拼疊而成，共有15層。采用這種方式制成的衣服在真空環(huán)境條件下具有很強(qiáng)的隔熱效果，起到保溫作用，其保溫效果足以和熱水瓶瓶膽的保溫效果相媲美。

????銀光閃閃的衣服，是一層類(lèi)似鏡子一樣的膜，它具有很強(qiáng)的反射能力，能夠?qū)⑻?yáng)光的85%左右反射掉；同時(shí)它還具有較強(qiáng)的散熱能力。因此如果衛(wèi)星艙內(nèi)溫度過(guò)高的時(shí)候，這層銀光閃閃的衣服就可以把熱量排散掉。

????30度夾角保護(hù)帆板

????太陽(yáng)翼是最直接接觸外部環(huán)境的衛(wèi)星部件。一般情況下，它總是保持太陽(yáng)光線(xiàn)能夠直射到太陽(yáng)翼上。工作狀態(tài)的衛(wèi)星基本上都是靠太陽(yáng)翼來(lái)供電的。

????“但是，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星處在高溫環(huán)境中，太陽(yáng)光的持續(xù)直射，可能造成帆板溫度過(guò)高而失效。”衛(wèi)星GNC系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師戴居峰說(shuō)，國(guó)外已經(jīng)有探月衛(wèi)星因?yàn)樘?yáng)翼失效而導(dǎo)致整星失蹤。

????為了使嫦娥二號(hào)衛(wèi)星的太陽(yáng)翼帆板在高溫環(huán)境中保持良好的工作狀態(tài)，技術(shù)人員采用多種方法來(lái)保護(hù)帆板。首先是避開(kāi)太陽(yáng)直射，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)太陽(yáng)翼的時(shí)候使其和太陽(yáng)成30°夾角，而不是直接垂直于太陽(yáng)光線(xiàn)，這樣溫度就會(huì)大大降低。

????另外，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星上的太陽(yáng)翼帆板可以進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到最佳的保護(hù)效果。衛(wèi)星上有一套軟件系統(tǒng)，在溫度達(dá)到一定的高度時(shí)，軟件可以支持衛(wèi)星讓帆板停轉(zhuǎn)，這時(shí)太陽(yáng)翼帆板會(huì)停留在和太陽(yáng)光成60°夾角的地方，帆板溫度就會(huì)降下來(lái)。

????衛(wèi)星歸宿

????嫦娥二號(hào)有三結(jié)局

????嫦娥二號(hào)衛(wèi)星完成預(yù)計(jì)的試驗(yàn)驗(yàn)證和科學(xué)探測(cè)任務(wù)后，這位“二姑娘”將有怎樣的打算？嫦娥二號(hào)繞月探測(cè)衛(wèi)星的總設(shè)計(jì)師黃江川介紹了三種可能的結(jié)局。

????黃江川表示，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星最后“受控撞月”是額外完成的任務(wù)，能如此“超額”完成任務(wù)，主要是因?yàn)樾l(wèi)星狀態(tài)依然良好且還剩有足夠的燃料，可以對(duì)其軌道進(jìn)行精確控制。

????嫦娥二號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射將采用地月轉(zhuǎn)移軌道技術(shù)，火箭直接把衛(wèi)星送入奔月軌道，可以大大節(jié)省衛(wèi)星的燃料，因此如果各項(xiàng)任務(wù)順利的話(huà)，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星在完成半年的規(guī)定動(dòng)作后，仍會(huì)有相當(dāng)數(shù)量的燃料剩余，這令“二姑娘”同樣具備“超額”完成任務(wù)的潛質(zhì)。

????我國(guó)探月工程管理部門(mén)、科學(xué)家和衛(wèi)星技術(shù)人員曾經(jīng)一起研討過(guò)“二姑娘”的最終命運(yùn)，大致形成了三種設(shè)想，但還沒(méi)有最終下定論。

????一種意見(jiàn)是，可以根據(jù)衛(wèi)星在軌運(yùn)行的情況，結(jié)合我國(guó)探月工程的后續(xù)進(jìn)展，對(duì)嫦娥二號(hào)衛(wèi)星傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合研究，對(duì)月球做補(bǔ)充探測(cè)，最終可以考慮衛(wèi)星落月，這將為“嫦娥三號(hào)”等后續(xù)任務(wù)提供技術(shù)驗(yàn)證。

????第二種設(shè)想是讓她“遠(yuǎn)嫁”他方，驗(yàn)證我國(guó)更遠(yuǎn)宇宙空間的深空探測(cè)能力，讓衛(wèi)星飛出地月環(huán)境，飛向更遠(yuǎn)的太空。

????第三種設(shè)想是讓她回“娘家”，即讓她沿著月地轉(zhuǎn)移軌道，飛回地球并成為地球衛(wèi)星。

????“最終采用哪種方式，還要看前期主任務(wù)執(zhí)行情況以及衛(wèi)星的狀態(tài)和能力。到時(shí)候各方專(zhuān)家肯定會(huì)匯集到一起，共同研究，決定"二姑娘"的終極命運(yùn)。但我相信一個(gè)最起碼的思路是，會(huì)為衛(wèi)星選擇一個(gè)最具意義、可利用價(jià)值最大的歸宿?！秉S江川認(rèn)為，把衛(wèi)星的命運(yùn)放在整個(gè)探月工程及未來(lái)深空探測(cè)需求中可能是最合適的選擇。(記者 李鐵錚 特約記者 陳全育 索阿娣 楊艷 胡永富)