六、對后續(xù)工程預選著陸區(qū)進行高分辨率成像試驗。“嫦娥一號”衛(wèi)星搭載的CCD相機分辨率為120米,而“嫦娥二號”衛(wèi)星在100公里圓軌道和近月點15公里、遠月點100公里橢圓軌道上,將分別對后續(xù)月球著陸器的預選區(qū)域進行優(yōu)于10米和1.5米分辨率的成像試驗,同時還將探測月球物質(zhì)成分、月壤特性以及地月與近月空間環(huán)境。
任務(wù)的變化,使“嫦娥二號”在許多關(guān)鍵技術(shù)方面都要進行原始創(chuàng)新,改進了有效載荷性能,提高了對月科學探測的精度。
本刊記者獲悉,“嫦娥二號”衛(wèi)星上共有214臺硬件設(shè)備,其中,繼承“嫦娥一號”衛(wèi)星的產(chǎn)品大約有85%,作過適應(yīng)性修改的產(chǎn)品大約占10%,新研制的產(chǎn)品約占5%,這些產(chǎn)品都處于不同的狀態(tài),增大了風險。
“嫦娥二號”上還有很多新技術(shù)是原來沒有使用或遇到過的,比如星上使用的490N發(fā)動機,以往我國衛(wèi)星使用這種發(fā)動機的時候,在衛(wèi)星上工作的時間很短,一般衛(wèi)星軌道確定后就切斷了,這次“嫦娥二號”衛(wèi)星上的490N發(fā)動機則要在軌長期工作。
此外,由于“嫦娥二號”本是“嫦娥一號”的備份星,因此星上幾乎所有產(chǎn)品都沒有備份,這也加大了技術(shù)人員的研制難度,必須確保萬無一失。
“‘牽一發(fā)而動全身’,‘改衛(wèi)星’比‘造衛(wèi)星’更需要嚴密的系統(tǒng)工程思維和總體思想”,孫家棟分析說,“嫦娥二號”選擇以“嫦娥一號”的備份星為基礎(chǔ)平臺,并在備份星的基礎(chǔ)上進行載荷和技術(shù)的適應(yīng)性改造,“衛(wèi)星研制隊伍在這方面下了不少功夫”。
諸多風險考驗“嫦娥二號”
考慮到“嫦娥二號”將完成的一系列試驗和探測任務(wù)的復雜性,于登云坦言,這樣一個全新的任務(wù)仍面臨著諸多著風險,并且風險的難度系數(shù)相比于“嫦娥一號”衛(wèi)星要大得多。
“把‘嫦娥二號’衛(wèi)星比作一個要在嚴酷環(huán)境中進行高難度表演的雜技演員也是毫不為過的”,“嫦娥二號”總設(shè)計師黃江川這樣形容。
風險一:能否順利進入地月轉(zhuǎn)移軌道入口。根據(jù)地球、月亮、太陽的運動規(guī)律,衛(wèi)星進入地月轉(zhuǎn)移軌道的窗口時間非常短,若星箭分離時衛(wèi)星沒有準確進入地月轉(zhuǎn)移軌道入口,那么就需對衛(wèi)星軌道進行調(diào)整,會使衛(wèi)星上的燃料提前消耗,如果偏差過大,就將影響后續(xù)任務(wù)的執(zhí)行。
風險二:能否精準“剎車”,即衛(wèi)星通過近月制動能否被月球重力場捕獲。
“嫦娥二號”的第一次近月制動至關(guān)重要,如果剎車成功,衛(wèi)星會處在近月點200公里、遠月點8000公里左右的橢圓軌道上,成為月球衛(wèi)星;如果剎車不夠,衛(wèi)星仍會飛出月球的引力范圍,而不被月球捕獲,從而不能環(huán)繞上月球;如果“剎車”力量過大,衛(wèi)星就會撞上月球,后果同樣不堪設(shè)想。
風險三:能否從100公里的圓軌道過渡到近月點15公里、遠月點100公里的橢圓軌道。這一動作既將驗證衛(wèi)星的測定軌技術(shù),也要對后續(xù)工程的備選著陸區(qū)進行高分辨率成像。因此,要實施近月點15公里、遠月點100公里的軌道變軌,同時讓這個軌道的近月點正好在備選區(qū)域的話,衛(wèi)星就必須在月球無法朝著地球的那一面變軌。而此時,地面的遙測信號無法進行傳遞,衛(wèi)星是不可人為干預和控制的,只能依靠衛(wèi)星上已經(jīng)設(shè)置好的自主控制程序進行。
在衛(wèi)星自主控制程序運行時,如果發(fā)動機點火不成功,那只能等待下一月變軌的機會。而如果點火過了的話,衛(wèi)星將面臨致命風險。同時,如果點火時間過長,造成衛(wèi)星軌道低于15公里,就會加大衛(wèi)星撞上月球上的高山的可能性。
風險四:“嫦娥二號”衛(wèi)星驗證的工程任務(wù)內(nèi)容很多,很繁重,往往是一環(huán)扣一環(huán),技術(shù)人員能否對衛(wèi)星進行精準操作,也構(gòu)成了衛(wèi)星的另一重風險。
比如,近月點15公里、遠月點100公里的橢圓軌道變軌,實際上有多重目的在里面,除了驗證軌道機動技術(shù)以外,還要對月球指定區(qū)域進行高分辨率成像,同時還要進行X頻段測控體制方面的驗證。這些任務(wù)的密度非常大。因此,為了規(guī)避操作上的風險,確!版隙鸲枴毙l(wèi)星的安全,衛(wèi)星型號隊伍提出了“操作零缺陷”的要求。
風險五:來自月球具有的特殊空間環(huán)境。月球表面的物質(zhì)分布非常不均勻,造成月球不同區(qū)域的重力場并不一樣。因此,衛(wèi)星在軌運行期間,其軌道要經(jīng)常進行維護。
此外,太陽每11年左右都有一個活躍期,會形成太陽風暴。這對衛(wèi)星會造成多種效應(yīng)影響,如果嚴重的話可能造成電子元器件或者設(shè)備損壞。在“嫦娥二號”在軌運行的預定時間內(nèi),正好臨近太陽風暴活躍期,衛(wèi)星也將面臨這方面的挑戰(zhàn)。
趙小津表示,“嫦娥二號”任務(wù)具有高風險性,對于每一個風險可能出現(xiàn)的問題,航天科技集團公司都要求發(fā)射試驗隊做好周詳?shù)墓收蠎?yīng)對策略,事先制定完備的預案,同時在地面進行驗證或是仿真實驗。
“除了要把工作盡可能做細外,我們還要把預案做得更完整,目前,我們已經(jīng)制訂了上百種風險控制方案,但這項工作仍在進行之中,一直要到火箭點火發(fā)射為止!庇诘窃聘嬖V本刊記者,進入到月球運行軌道后,“嫦娥二號”還要在軌工作半年。衛(wèi)星在完成在軌測試的“體檢”后,就可以開展試驗。在試驗過程中,風險也無處不在!拔覀兡壳芭帕艘粋計劃表和一系列預案,但在具體的實施過程中,還要根據(jù)衛(wèi)星當時的狀態(tài)作出實時調(diào)整。”
探月工程要成為“科學家的眼睛和手”
從1970年我國發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星,到21世紀的載人航天工程和月球探測工程,中國航天走出了一條獨立自主的發(fā)展之路。在孫家棟看來,航天技術(shù)的不斷發(fā)展,不僅證明了人類“探知未來”的能力,更成為了人類實現(xiàn)夢想的“載體”。中國航天將來要走向太陽系的任何一個星球,為科學家提供探測平臺,成為“科學家的眼睛和手”。
而月球則是人類探索未知的“第一個選擇”。孫家棟指出,我國的“嫦娥一號”探測拿到的月球數(shù)據(jù),比以往其他國家提供的數(shù)據(jù)都要新、全,為科學家的科學研究提供了寶貴的科學數(shù)據(jù),“中國實施探月工程,具有著很強的現(xiàn)實意義和價值”。
“進行深空探測的戰(zhàn)略意義,首先就在于‘探索’本身!比~培建認為,走向深空進行探索的任務(wù)是長期的,這是人類歷史前進的主題,而一個國家能否進入深空的能力,也關(guān)乎著其綜合國力的提升與民族的自信心、自豪感的凝結(jié)。
在包括衛(wèi)星系統(tǒng)、運載火箭系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)和地面應(yīng)用系統(tǒng)的探月工程的五大系統(tǒng)中,葉培建分析,目前我國的火箭系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)的發(fā)展水平已達到世界領(lǐng)先地位,而衛(wèi)星系統(tǒng)、測控系統(tǒng)與世界一流技術(shù)相比仍有差距,“這是由于飛行器和測控系統(tǒng)變化最大,需要不斷加以技術(shù)上的創(chuàng)新和完善!
孫家棟認為,衛(wèi)星發(fā)射是一個嚴密的綜合工程,衛(wèi)星上天后,要獨立生存并完成好賦予的任務(wù),需要多方面系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和配合。目前,中國的衛(wèi)星技術(shù)水平已經(jīng)處于前沿,但是與世界上一流技術(shù)相比,在世界航天追求“成功率和穩(wěn)定性”的現(xiàn)在,中國衛(wèi)星的研制水平仍有較大上升空間!(文/《瞭望》新聞周刊記者袁元 實習生丁慧娜)
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