发射入轨
看点:“零窗口”准时发射,嫦娥二号首次被直接送入地月转移轨道,将比嫦娥一号节省7天到达月球
嫦娥二号卫星由长征三号丙运载火箭送入近地点高度200公里、远地点高度38万公里的直接奔月轨道,这在我国航天发射是第一次。同时瞄准“零窗口”也就是在预定发射时间成功发射。嫦娥二号卫星直接奔月,相比嫦娥一号卫星绕地球三圈后再进入地月转移轨道,将节省7天时间到达月球。
所谓的“零窗口”,是指在预定发射时间正负一秒内发射出去。一般是指在发射窗口前沿发射,比如预定19时至19时30分的窗口发射,如果瞄准窗口前沿即19时准点发射,送到轨道后,比起在窗口后期发射,卫星变轨时效率更高,更节省燃料,后续的在轨工作也会更加顺利。
嫦娥二号卫星总设计师黄江川介绍说,“零窗口”发射很难,需要几大系统协同,任何一个系统出问题都不能实现。如果按窗口后沿发射的话,要比“零窗口”发射多用大概100公斤燃料。
此次嫦娥二号卫星被直接送入地月转移轨道,要求火箭推力更大,控制更精密,需要突破运载火箭直接将卫星发射至地月转移轨道的发射技术。
“这种轨道的发射,拿打靶来比喻,以往发射的轨道是在打固定靶,嫦娥二号卫星我们打的是一个移动靶,显然难度更大。”长征三号甲系列火箭主任设计师李聃介绍。
奔月过程
看点:科学仪器首度在途中打开,首次给地球和月球拍照,深空测控技术启动
进入地月转移轨道后,嫦娥二号卫星的奔月飞行旅程约为112小时。卫星上探测空间环境的科学仪器将首度在途中打开,深空测控通信技术的试验也将开始,同时卫星还要在路上不时给地球和月球拍照。
在嫦娥一号奔月时,科学有效载荷在途中并没有开机。此次嫦娥二号奔月,高能粒子探测器、太阳风离子探测器等部分科学有效载荷将在途中开机,对地月空间环境进行探测。高能粒子探测器将是第一台打开的仪器。
探月工程月球应用科学首席科学家严俊说,“嫦娥二号任务开始的时候正好是太阳活动峰年。从地球到月球之间,正是探测空间环境难得的好机会。”
这次嫦娥二号卫星还将第一次在途中给地球和月球分别照相,在不同距离处分别获得地球和月球的完整图像。
抵达月球
看点:在近月点精准“刹车”,被月球成功捕获后,顺利进入100公里轨道绕月
嫦娥二号卫星到达距离月球表面100公里高的近月点时,需要实施近月制动,也就是“刹车”,否则将会撞上月球或者擦身而过。之后再经过变轨和两次“刹车”,最终进入高度为100公里的环月工作轨道,这也将标志嫦娥二号任务的基本成功。而接受考验的将是100公里月球轨道捕获技术和环月飞行轨道控制技术。
相比嫦娥一号在200公里处被月球捕获,嫦娥二号实施近月捕获时飞行速度更快、轨道更低、制动量更大,同时月球不均匀重力场对卫星轨道的摄动影响也相应增大,大大提高了对卫星制动控制精度的要求。黄江川介绍,风险是在首次月球制动,制动之后是一个近月点100公里、远月点10000多公里的环月大椭圆轨道,它几乎是唯一的。因此如果制动过晚卫星就逃逸出去了,如果制动不精确就会撞上月球。
在嫦娥二号卫星抵达距离月球表面100公里高的近月点时,测控系统对卫星进行第一次近月制动,如同汽车行进中踩“刹车”一样,进入环月大椭圆轨道。此后再经过1次轨道平面机动和2次“刹车”,最终进入高度为100公里的环月轨道,最后通过远程测控,卫星完成巡航姿态建立等程序,在预定轨道上正常工作。
降轨探测
看点:卫星变轨到距月球15公里低轨道上,对月球虹湾预选着陆区拍摄分辨率优于1.5米图像
嫦娥二号卫星在100公里的环月轨道上调整并运行一段时间,将在月球背面自主降轨,进入一个近月点15公里、远月点100公里的椭圆轨道,然后顺轨道飞到月球正面的虹湾上空,在最近为15公里高度对虹湾预选着陆区进行拍摄。2天探测结束后,卫星要在月球背面再自主变轨,重新回到长期绕月运行轨道也就是100公里的环月圆轨道,继续开展技术试验和科学探测。
由于嫦娥三号探测器的月球备选着陆区虹湾位于月球正面,因此嫦娥二号卫星要在最近点接近虹湾,就必须在其反方向降轨,恰恰是在月球的背面变轨。专家介绍说,“这样我们就看不见卫星,测控够不着,只能靠卫星自主去完成降轨,这个相对嫦娥一号风险就大大提高”。
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