权威刊物详解嫦娥1号探月卫星研制全过程(图)(2)

中华网科技 http://tech.china.com 2005-06-24 13:05:01

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任务决定载荷

根据中国探月卫星工程的四大科学目标，嫦娥1号选用的有效载荷有6套24件，包括 CCD立体相机、激光高度计、成像光谱仪、伽马/X射线谱仪、微波探测仪和太阳风粒子探测器等。其中CCD立体相机是拍摄全月面三维影像的专用相机，在中国属首次使用；成像光谱仪用于获取月面光波图谱；伽马/X射线谱仪用于探测月球表面元素；微波探测仪除用于获取月壤厚度信息外，还能给出月球背面的亮度温度图和月球两极地面的信息。

由激光器、望远镜和接收电路三部分组成的激光高度计，由中科院上海技术物理研究所研制。它在探月卫星的发射阶段和转移阶段都处在“睡眠状态”。卫星进入环月轨道后，激光高度计首先向月面发射激光束，并立刻用望远镜把反射回来的光束变成电信号；接着，接收电路盒将迅速进行精确计算，用最短时间得出该探测点的月球海拔高度。激光高度计完成绕月旅行，月面每个探测点的海拔高度就一清二楚了。这些数值一旦与CCD立体相机拍摄的平面图像相叠加，就是一幅完整而精确的月面三维地形图。只要激光高度计发射的探测点足够密，就能获得覆盖整个月球的地形图，包括人类探月活动从未涉及的月球两极区域。

据探月专家介绍，美国、欧空局、俄罗斯和日本等以前从未在探月过程中使用过可以全天候、全天时工作和具有一定穿透能力的微波遥感技术，所以嫦娥1号上的微波探测仪是世界上首次在探月卫星上装载微波遥感装置，用以实现对月面更为细致深入的探测，并将对所发回的数据进行反演和解析。不过，由于月球远离地球，对月球进行微波遥感探测有很大的技术难度和一定的风险。为确保探测成功和能稳定地发回数据，现正加强对月球微波遥感的地面仿真研究，在借鉴以往经验的基础上做相应的技术改进。

嫦娥1号有效载荷共重130千克。早在2004年1月7日，所有24件仪器就完成了首轮联合测试，结果相当成功。测试表明，探测仪器设计中的一些关键技术问题已基本攻克，并解决了设备间的接口技术。全部探测仪器于2004年9月交付，并与卫星平台一起进行噪声、振动、辐射和真空等各种空间环境的模拟测试。

使用成熟的火箭

按照计划，长征3号甲被选为月球探测卫星的运载火箭，发射场选在西昌卫星发射中心，但要进行必要的适应性改造。

根据设计，嫦娥1号的运行轨道近地点为200千米，远地点为51000千米，属于大椭圆轨道。火箭必须精确地将探测器送入预定轨道，才能准确完成预定探测任务。为满足探月卫星的特殊要求，长征3号甲火箭控制系统增加了单机和线路备份，确保飞行过程中不出现任何偏差，万无一失。

选择长征3号甲主要考虑到它是长征系列火箭家族中发射成功率最高的成员之一。该火箭拥有更灵活而先进的控制系统，可在星箭分离前对有效载荷进行大姿态调姿定向，并提供可调整的卫星起旋速率，具有很强的适应性。它主要用于发射地球同步轨道有效载荷，同时兼顾低轨道和太阳同步轨道等其它轨道有效载荷的发射，也可进行一箭双星或多星发射。

目前执行发射任务的长征3号甲火箭已进入试样研制阶段，部分组件和箭体已开始投产。但由于月球探测器尚处于初样设计阶段，今后研制人员还将根随着探测器研制的深入，逐步对火箭设计进行适应性修改，预计将于两年后出厂。

嫦娥1号发射时间的选择要考虑到光照、太阳入射角、测控条件和轨道限制等因素。发射后，卫星将用8～9天时间完成调相轨道段、地-月转移轨道段和环月轨道段飞行。在经过发射、飞行和进入预定轨道等程序后，如何将探测数据传回地面，是工程的技术难题。

嫦娥1号工程副总设计师龙乐豪说，通俗一点讲，该工程有三大目标，即“到得了”、“转得起”和“传得到”。嫦娥1号从起飞到进入目标轨道将多次经过中国上空。如地理位置和天气条件允许，人们有可能用肉眼观测到现代“嫦娥奔月”的情景。

测控和应用系统

由于旅途遥远，所以测控系统尤为重要。测控系统将以中国现有的S频段航天测控网为主，辅以甚长基线干涉仪天文测量系统组成，并进行必要的适应性改造。

嫦娥1号卫星不仅需要对月球进行全天候的观测，还需要把太阳能电池板始终对准太阳，同时又要把传送天线对准地球。目前，中国在上海佘山和乌鲁木齐分别拥有一个直径25米的天线，但它们只能有4～6小时可用来接收星上信息。为了嫦娥1 号计划的顺利实施，中国将分别在北京和昆明设一个直径50米(国内最大)和一个直径40米的天线。这样在我们的国土上，可用4个天线交叉干涉，对近40万千米远的嫦娥1号进行测控，并为应对外界干扰因素和意外因素留有应急的能量。

地面应用系统包括月球探测卫星运行管理中心、数据接收中心以及科学数据处理和研究中心三个部分。

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