新华社北京10月24日电(黄全权、李雪)在我国首颗探月卫星“嫦娥一号”浩大繁复的研制中,除了大量的工程技术难点需要攻关外,从“新”和“难”的角度看,有3项关键设备的成功研制显得至关重要。
第一个是紫外月球敏感器。
这一产品主要用途是,环月时候用其来确定卫星对月姿态。
据了解,地球因为有均匀的红外辐射,因此用红外地平仪可以直接获得卫星对地球的姿态,但对于月球而言,因为没有均匀的红外辐射,就不能用常规的红外地球敏感器来测量。
据专家介绍,紫外月球敏感器的研制从2002年开始就作为预研项目进行,到目前通过各种试验可以完成制定的任务。
第二个是定向天线。
采用两轴转动机械扫描,主要用来传输科学探测信息。
嫦娥一号卫星副总设计师孙泽洲说,因为地月距离远,数据传输要求比较高,同时因为没有固定的对地面,因此需要有一个可以转动的天线,保证天线指向始终对地。嫦娥一号飞行任务的方案选用了定向天线,采用机械扫描,通过两个轴的转动来实现天线指向地球。
“国内现在有的天线可动范围比较小,而嫦娥一号卫星两个轴,每个都要进行正负九十度的转动,是大角度的机械扫描天线。”孙泽洲说。
第三个是测控全向天线。
用来传输测控信息,其指标比其他卫星高出很多,同时占用卫星很小的资源。
据悉,一般天线的增益大概在-12分贝左右水平,而嫦娥一号卫星是在-3分贝或-5分贝的水平,指标提高了很多。经过反复的试验,最后天线能满足整个星地接口的要求,能用两个定向天线来满足全空间的覆盖,满足星地工程遥测要求。
“嫦娥”奔月轨道设计独具匠心
新华社西昌10月24日电(记者 李宣良、白瑞雪、孙彦新)“嫦娥一号卫星的轨道设计体现了经济性和可靠性的综合考虑,是我国科学家独具匠心的设计。”卫星副总设计师黄江川24日在接受新华社记者采访时说。
如果直接将卫星从地面发射到地月转移轨道,就需要比长征三号甲运载火箭能力大很多的火箭,发射成本将成倍提高。“我们首先将卫星发射到16小时的近地轨道,这是成本低廉的长征三号甲火箭完全能够胜任的。”黄江川说。
通过卫星自己的机动能力,实现飞向月球的目标,虽然增加了控制难度,但我国已经掌握了卫星的多次变轨技术,具有可行性。中国空间技术研究院、南京紫金山天文台、南京大学的数十名专家联合攻关,完成了独具匠心的奔月轨道设计。
“在轨道设计中,还充分考虑了发射窗口和奔月窗口的选择。”黄江川介绍说,从地球轨道奔向月球的机会每月只出现一次,具有相对的唯一性。为了稳妥,我们将卫星发射提前3天进行,让“嫦娥”在地球轨道上等待奔月时机,将每月一次的火箭发射窗口范围,拓展到3天内每天都有机会。
据专家介绍,如果24日发射升空,卫星将在24小时绕地轨道运行3圈;如果25日发射,则运行两圈;如果26日发射,就只能运行1圈。
“24小时轨道就相当于一个缓冲器,起到为应对各种紧急情况预留时间的作用,这是轨道设计中一大独具匠心的创造,将大大提高工程的可靠性。”黄江川说。
解读“嫦娥探月”五大关键技术
新华社北京10月24日电(黄全权、林丽鹂、常玉洁)尽管我国绕月探测工程首次飞行任务充分立足和运用成熟的技术和产品,但由于嫦娥一号卫星飞行轨道、探测任务的特殊性,带来了工程技术的一些特殊难点。
在接受新华社记者采访时,有关专家详细讲解了绕月探测工程首次飞行任务中的关键技术和难点。
1、轨道设计
轨道设计是工程面临的关键技术和难点技术之一。同地球卫星不同,嫦娥一号卫星在整个飞行期间需要考虑地球、月球和卫星三者之间的相对运动关系,所以轨道设计是解决一个复杂三体运动的问题。
2、测控通信和控制
月球与地球之间的平均距离为38万公里,如此远的距离将使测控信道电平衰减增大,通过在喀什和青岛新建18米天线,并引入了甚长基线干涉天文测量技术,解决了测控距离远和测量精度要求高的技术难题。
3、三体定向
嫦娥一号卫星在飞行过程中,要求太阳电池阵朝向太阳以保证卫星所需的电能,要求定向天线朝向地球以保证通信、控制和数据传输,同时要保证有效载荷朝向月球,以获得月球探测数据和图像。
4、月球环境适应性设计
月球附近的空间环境异常严酷,除了具备一般太空环境中所共有的超低温、强辐射、高真空、微重力等特点以外,月球白昼与黑夜温差达到300℃左右,而且每年要经历月食,对保证卫星供电是一个考验。
5、科学数据的定标和反演
嫦娥一号卫星搭载的有效载荷,在上天之前要进行标定,以保证科学数据的准确性。在数据反演过程中,由于卫星姿态、轨道高度、空间环境的影响,必须对探测数据进行消除各种偏差的处理,才能得到真实可信的月球科学数据。