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探月工程总设计师解密嫦娥奔月轨道
www.LN.XINHUANET.com   2007年10月25日 15:22:41  来源:南方新闻网-南方周末

    因为月球也在运动,“假设嫦娥一号先到,月亮没到,它自己就飞过去了……”

    10月31日,嫦娥一号将从环地48小时轨道进入奔月之旅出发点——奔月口。它将在这里结束环绕地球的旅程,然后以每秒10.9公里的速度挣脱地球引力,踏上奔月“高速公路”。

    孙家栋说,因为月球也在运动,“假设嫦娥一号先到,月亮没到,它自己就飞过去了,月球抓不住它;到晚了,根本见不到月球。”

    能否进入奔月点,对嫦娥一号来说生死攸关,此前绕地飞行的点都可以调整,但奔月点没有,具有惟一性和不可重复性,“开弓没有回头箭”。

    如果出现失误,它将面临两种可能:进入错误的奔月轨道,走了歪路;或者再绕地球一圈,走了冤枉路,回来时月球已不在那里了。

    按照原初构想,离开奔月点之后的大弧线轨道,是嫦娥一号正式向月球进军的路径。真正的奔月之旅。

    这将也是中国航天器飞行最远的距离,38万公里。此前,中国的卫星最远是8万公里左右。

    孙家栋介绍,此间飞行时间约为5天,嫦娥一号将进行两至三次变轨,分别为进入奔月轨道的第一天和第四天。中间第二天根据实际情况,决定是否需要进行第三次调整。

    在最初的轨道设计中,就确定对轨道进行两次拼接。孙家栋介绍,另外一次拼接将按当时探测的情况而定,用来修正此前积累下来的误差等。

    三次“点刹”

    奔月通道尽头,嫦娥一号将要进行“三次刹车”,才能减速以免被月球引力场捕获,进入月球轨道。

    飞越了38万公里的漫长路途,奔月通道尽头,第二个重要关口等着嫦娥一号去穿越。

    10月22日,总装备部副部长、嫦娥工程领导小组副组长张建启接受《京华时报》采访时称,卫星要准备刹车,进入月球轨道的日期是11月5日,“这一点一定要成功,否则卫星也可能丢失。”

    “可能刹不住,也可能刹住了方向不对。”龙乐豪对南方周末分析,“到月球时该刹车时没刹,可能撞上月球,也可能从月亮旁边飞走。”

    奔月过程中,嫦娥一号会逐渐减速。按照预定方案,速度将由原来的每秒10.9公里,减少到每秒2.4公里,并以这个速度进入月球轨道。

    高度是200公里的话,每秒2.4公里的速度,“月球根本抓不住它。”孙家栋说,“根据测算,嫦娥一号平均速度不能超过1.6公里,才能被月球引力场捕获。”

    因此,接下来的减速过程刹车,是嫦娥一号能否成功进入的关键。对此,专家们研究出的控制方案是,嫦娥一号将在这里安排“三次刹车”,其中,第一次近月制动尤为关键。

    这个三次制动的过程,类似开车时一次一次轻轻踩刹车板,而不是一次刹车。

    为什么不一次到位呢?

    跟绕地的变轨设计一样,近月制动同样是一个谨慎的方案。一次刹车将耗费更多的燃料,发动机承受的负荷很重,潜在风险大于多次刹车。美国和日本都是采取这种方法探月。

    孙家栋说,这次刹车将决定嫦娥一号最终能否成功。“不仅是对轨道的考验。在38万公里那么远的地方,如何传输信号,发出指令并控制飞行,是中国以前从来没做过的。”

    嫦娥一号进入月球轨道的第一个轨道是椭圆形的,近月点200公里,远月点则很远,绕月周期为12个小时。

    两次刹车后,轨道也逐步由周期为12小时的环月椭圆轨道,经三次调整,变为周期为127分钟的环月圆轨道,并且经过月球极地上方。

    张建启透露说,如果一切顺利,可以宣布嫦娥探测工程成功的日期大概是11月7日。

    中国深空探索起步

    “不管怎样,中国都要向遥远的方向去走了。”

    嫦娥一号是一个宏大计划的开始。

    2000年11月22日,中国政府首次公布《中国的航天》白皮书,明确指出将“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”。中国宣告走近深空探测。

    按照中国的设想,探月工程分为三步,第一步为“绕”,突破至地外天体的飞行技术并实现首次绕月飞行。

    第二、三步分别为“落”和“回”,突破在地外天体上实施软着陆技术和返回器自动返回地球的技术。

    深空探测作为人类进行航天活动的三大领域中的一种,目前各个领域和各个国家缺乏统一的标准,比如,航天和天文的标准就完全不同。

    月球到底算不算深空?学术上有不同说法。孙家栋认为这些争论没有意义,他更看重的,是中国跨出了远距离探测的重要一步。

    轨道问题的设计和控制,只是发射嫦娥一号所要克服的技术难关之一。中国绕月探测工程首席科学家、中国科学院院士欧阳自远曾表示,探月领域内,另外几个难关的解决同样举足轻重:

    ——三体定向问题。卫星对地球观察是两体定向,即太阳帆板对太阳,观察设备和测控通讯设备定向地球。但绕月卫星是三体定向,太阳帆板对太阳,观察设备对月球,测控和通讯设备对地球,问题复杂得多。

    ——测控问题。地月相距38万公里,而中国没有深空测控站,如何保持远距离测控?如果卫星不听话怎么办?如何组建地面站?在这一点上,中国主要依靠原有的测控系统,但是依托这个毕竟有限。这次卫星发射,又增加了一套系统,用了4个全国最大的射电望远镜,辅助原有的测控系统。

    ——温度控制。如何让卫星适应月球昼夜300度的温差?如何让它在太阳、地球、月亮变动不居的相互关系中做到“不冷又不热”?

    对于本次绕月计划,孙家栋有一套朴素的看法。“不管怎样,中国都要向遥远的方向去走了。”“工程有工程的目标,使中国航天更上一个台阶。”

    在他看来,发射一个8万公里的或10万公里的地球卫星没有意义,要离开地球。但是,“地球之外,离我们最近的是哪个?月球。”

    孙家栋说,工程上的突破,这是第一件事情,至于是否成功,得靠将来的事实,来证实原来的想象。“嫦娥一号的绕月,是深空探测的起步。”孙家栋说,“嫦娥一号将启动后来的月球探测体系和深空探测。”



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