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注解“嫦娥奔月”十大關(guān)節(jié)點
2007-10-25 13:23

中國日報網(wǎng)環(huán)球在線消息:“如果從衛(wèi)星發(fā)射到最后數(shù)據(jù)分析過程的10個關(guān)鍵環(huán)節(jié)都能順利完成,那么我國首次繞月探測就圓滿成功了。”中國繞月探測工程總指揮欒恩杰在接受新華社記者采訪時說。

那么,這10個關(guān)節(jié)點所指的是什么呢?

關(guān)節(jié)點一:發(fā)射

將嫦娥一號衛(wèi)星送上太空的,是被譽為“金牌火箭”的長征三號甲運載火箭。

綜觀人類探月史,美國和蘇聯(lián)在20世紀的探月活動,因運載火箭故障造成的探測失利占了很大比重。因此,運載火箭的高可靠性,是確保探月成功的必要前提。

這次發(fā)射是長征三號甲運載火箭的第15次發(fā)射,迄今這一型號火箭的發(fā)射成功率為100%。此前,長征三號甲運載火箭與應用廣泛的東方紅3號衛(wèi)星平臺曾多次“聯(lián)姻”,每次都取得圓滿成功,用這樣一個“大力士”來托舉在東方紅三號衛(wèi)星平臺上研制而成的嫦娥一號衛(wèi)星,再合適不過了。

在我國現(xiàn)有的3個航天發(fā)射場中,只有西昌衛(wèi)星發(fā)射中心具備發(fā)射長征三號甲等大推力火箭的能力,而且這里緯度低、海拔高、氣候宜人、交通便利,是發(fā)射各類地球同步軌道衛(wèi)星的理想場所。

關(guān)節(jié)點二:入軌

衛(wèi)星能否準確進入預定軌道,是判斷發(fā)射是否成功的重要標志。

長征三號甲運載火箭在發(fā)射嫦娥一號衛(wèi)星時,通過第一、二級和第三級的第一次點火,先將衛(wèi)星送入近地軌道,并在近地軌道滑行飛行一段時間。

在火箭起飛的第1249秒,三級火箭第二次點火;第1373秒,三級火箭二次點火發(fā)動機關(guān)機。第1473秒,星箭分離成功,嫦娥一號衛(wèi)星進入近地點約200千米、遠地點約51000千米、運行時間為16小時的大橢圓軌道,成為一顆繞地球飛行的衛(wèi)星。

關(guān)節(jié)點三:變軌

當嫦娥一號衛(wèi)星在16小時軌道飛行一圈半后,10月25日下午,地面注入指令,衛(wèi)星上推力為50牛頓的調(diào)姿發(fā)動機開始點火,約4分鐘后,推力為490牛頓的主發(fā)動機點火實施變軌,將衛(wèi)星軌道近地點抬高到離地球約600公里的地方。

10月26日下午,當衛(wèi)星再次到達近地點時,衛(wèi)星主發(fā)動機再次打開,巨大的推力使衛(wèi)星上升到24小時軌道。

在24小時軌道上運行3圈后,衛(wèi)星上的主發(fā)動機第三次點火,實施第二次近地點變軌,嫦娥一號衛(wèi)星進入48小時軌道。這一時刻大約發(fā)生在10月29日。

這幾次變軌都是通過衛(wèi)星上的發(fā)動機使衛(wèi)星加速。從理論上講一次變軌就可以實現(xiàn),但為了充分利用燃料,同時也為了方便地面控制,科學家把變軌逐步分解。

關(guān)節(jié)點四:奔月

在3條大橢圓軌道上經(jīng)過7天“熱身”后,嫦娥一號衛(wèi)星將正式奔月。

10月31日,當衛(wèi)星再一次抵達近地點時,主發(fā)動機打開,衛(wèi)星的速度在短短幾分鐘之內(nèi)提高到10.916千米/秒以上,進入地月轉(zhuǎn)移軌道,真正開始了從地球向月球的飛越。

嫦娥一號衛(wèi)星選擇這樣的奔月方式,有著3方面的優(yōu)點:一是可以確保重力損耗控制在5%以下;二是將幾次近地點機動安排在同一地區(qū),有利于地面監(jiān)測;三是安排了24小時軌道,可以比較方便地解決發(fā)射日期延后的問題。

關(guān)節(jié)點五:修正

在地月轉(zhuǎn)移軌道,也就是從地球軌道到月球軌道的這段距離,嫦娥一號衛(wèi)星需要飛行約114個小時。

在人類探月活動的歷史上,曾多次發(fā)生探測器未能實現(xiàn)月球的捕獲而丟失在星際間的事故,這大多是由于飛行過程中衛(wèi)星姿態(tài)和速度控制不精確造成的。如果衛(wèi)星在地月轉(zhuǎn)移軌道近地點有1米/秒的速度誤差或1千米的高度誤差,飛到月球附近時都將產(chǎn)生幾千千米的位置誤差。

在高速飛行的過程中,嫦娥一號衛(wèi)星必須在地面的指令下進行中途軌道修正。一般來講,至少需要進行兩次修正,第一次是在進入地月轉(zhuǎn)移軌道的一天之內(nèi),第二次是在到達月球的前一天內(nèi)。這些指令,都是由設(shè)在北京的航天飛行控制中心發(fā)出的。

關(guān)節(jié)點六:制動

11月5日前后,當嫦娥一號衛(wèi)星到達距月球200千米位置時,需要進行減速制動,也就是“剎車”。只有這樣,才能被月球引力捕獲,成為繞月飛行的衛(wèi)星。

這是實現(xiàn)繞月飛行的一個重要步驟:“剎車”晚了,衛(wèi)星就要撞到月球上去;而“剎車”早了,則會飄向太空?!皠x車”是否成功,關(guān)鍵取決于衛(wèi)星當時的位置和速度矢量是否正確。經(jīng)過多次復核、復算,我國科學家已經(jīng)突破了這一技術(shù)難題。

關(guān)節(jié)點七:繞月

嫦娥一號衛(wèi)星的第一次近月制動,將發(fā)生在11月5日,從地月轉(zhuǎn)移軌道進入12小時月球軌道。從這一刻起,嫦娥一號衛(wèi)星成為真正的繞月衛(wèi)星。

11月6日前后,嫦娥一號衛(wèi)星進行第二次近月制動,速度進一步降低,衛(wèi)星進入3.5小時軌道,并在這個軌道上運行7圈。

11月7日前后,嫦娥一號衛(wèi)星進行第三次近月制動,進入127分鐘月球極月軌道。這是衛(wèi)星繞月飛行的工作軌道。這個軌道為圓形,離月球表面200千米。

這時的嫦娥一號衛(wèi)星,將向地面?zhèn)骰亟?jīng)過公眾投票選出的30首歌曲。

關(guān)節(jié)點八:探測

建立月球工作軌道后,嫦娥一號衛(wèi)星攜帶的“8種武器”將開始大顯身手,為完成4大科學目標展開緊張而忙碌的工作。

如果不出意外,衛(wèi)星所攜帶的CCD立體相機在11月下旬就可以傳回第一張月球照片,這是繞月成功的重要標志。

干涉成像光譜儀、激光高度計、CCD立體相機將共同完成第一個科學目標,即獲取月球表面三維立體影像;γ射線譜儀、X射線譜儀將攜手對月球表面有用元素及物質(zhì)類型的含量和分布進行辨析。

首次被應用到月球探測中的微波探測儀,將對月壤厚度和氦-3資源量展開探測;而由太陽高能粒子探測器和太陽風離子探測器組成的空間環(huán)境探測系統(tǒng),將通過不間斷地捕捉質(zhì)子、電子和離子,對4萬到40萬千米范圍的“地—月”空間環(huán)境展開探測。

關(guān)節(jié)點九:傳輸

按照科學家的通俗說法,這次為“嫦娥”買的是“單程票”。那么,一去不復返的嫦娥一號衛(wèi)星,如何從38萬千米外將探測數(shù)據(jù)傳回地球?

嫦娥一號衛(wèi)星攜帶的傳輸天線有兩部:一部是定向天線,方向始終對著地球上的接收天線;一部是全向天線,也就是沒有固定方向的天線。

巨大的空間衰減、時間延遲,使得地面接收月球探測數(shù)據(jù)的技術(shù)難度大大增加。地面應用系統(tǒng)為此專門建造了兩座被稱為射電望遠鏡的大口徑天線:一座在北京密云,天線口徑達50米;一座在云南昆明,口徑達40米。

兩座大口徑天線像一雙巨大的眼睛,時刻注視著嫦娥一號衛(wèi)星的一舉一動,把衛(wèi)星傳輸來的信息全部收集起來。

關(guān)節(jié)點十:研究

嫦娥一號衛(wèi)星歷經(jīng)千難萬險獲得的數(shù)據(jù)十分珍貴。能否充分利用好這些數(shù)據(jù),將決定著探月活動價值的高低。

傳到地面的數(shù)據(jù)將被送到設(shè)在北京的地面應用系統(tǒng)總部,進行預處理。完成預處理的數(shù)據(jù),將由地面應用系統(tǒng)組織更多的科學家和技術(shù)人員進行進一步的研究和處理,得出最新的研究成果或科學發(fā)現(xiàn)。

國家航天局宣布,嫦娥一號衛(wèi)星獲得的許多數(shù)據(jù)將完全公開,供全世界的科學家研究分享。土生土長的中國“嫦娥”,將為人類的航天事業(yè)作出自己的貢獻。

(來源:新華社)