中國“嫦娥一號(hào)”探月
新華網(wǎng)西昌１０月２４日電(記者李宣良、孫彥新、白瑞雪)２４日１８時(shí)０５分，在西昌這個(gè)被稱為“月亮女兒的故鄉(xiāng)”的地方，長征三號(hào)甲運(yùn)載火箭托舉著嫦娥一號(hào)衛(wèi)星順利升空——“嫦娥”就這樣開始了奔月之旅。
10月24日18時(shí)05分，搭載著我國首顆探月衛(wèi)星嫦娥一號(hào)的長征三號(hào)甲運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心三號(hào)塔架點(diǎn)火發(fā)射。新華社記者 李剛 攝
在嫦娥一號(hào)衛(wèi)星飛向３８萬公里外月球的漫長旅途中，需要進(jìn)行一系列高度復(fù)雜又充滿風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)作。
“如果從衛(wèi)星發(fā)射到最后數(shù)據(jù)分析過程的１０個(gè)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?！敝袊@月探測工程總指揮欒恩杰在接受新華社記者采訪時(shí)說。
那么，這１０個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)所指的是什么呢？
關(guān)節(jié)點(diǎn)一：發(fā)射
將嫦娥一號(hào)衛(wèi)星送上太空的，是被譽(yù)為“金牌火箭”的長征三號(hào)甲運(yùn)載火箭。
綜觀人類探月史，美國和蘇聯(lián)在２０世紀(jì)的探月活動(dòng)，因運(yùn)載火箭故障造成的探測失利占了很大比重。因此，運(yùn)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(hào)甲運(yùn)載火箭的第１５次發(fā)射，迄今這一型號(hào)火箭的發(fā)射成功率為１００％。此前，長征三號(hào)甲運(yùn)載火箭與應(yīng)用廣泛的東方紅３號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)曾多次“聯(lián)姻”，每次都取得圓滿成功，用這樣一個(gè)“大力士”來托舉在東方紅三號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)上研制而成的嫦娥一號(hào)衛(wèi)星，再合適不過了。
在我國現(xiàn)有的３個(gè)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(hào)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(diǎn)二：入軌
衛(wèi)星能否準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道，是判斷發(fā)射是否成功的重要標(biāo)志。
長征三號(hào)甲運(yùn)載火箭在發(fā)射嫦娥一號(hào)衛(wèi)星時(shí)，通過第一、二級和第三級的第一次點(diǎn)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(shí)間。
在火箭起飛的第１２４９秒，三級火箭第二次點(diǎn)火；第１３７３秒，三級火箭二次點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)。第１４７３秒，星箭分離成功，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星進(jìn)入近地點(diǎn)約２００千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)約５１０００千米、運(yùn)行時(shí)間為１６小時(shí)的大橢圓軌道，成為一顆繞地球飛行的衛(wèi)星。
關(guān)節(jié)點(diǎn)三：變軌
當(dāng)嫦娥一號(hào)衛(wèi)星在１６小時(shí)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(dòng)機(jī)開始點(diǎn)火，約４分鐘后，推力為４９０牛頓的主發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火實(shí)施變軌，將衛(wèi)星軌道近地點(diǎn)抬高到離地球約６００公里的地方。
１０月２６日下午，當(dāng)衛(wèi)星再次到達(dá)近地點(diǎn)時(shí)，衛(wèi)星主發(fā)動(dòng)機(jī)再次打開，巨大的推力使衛(wèi)星上升到２４小時(shí)軌道。
在２４小時(shí)軌道上運(yùn)行３圈后，衛(wèi)星上的主發(fā)動(dòng)機(jī)第三次點(diǎn)火，實(shí)施第二次近地點(diǎn)變軌，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星進(jìn)入４８小時(shí)軌道。這一時(shí)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(dòng)機(jī)使衛(wèi)星加速。從理論上講一次變軌就可以實(shí)現(xiàn)，但為了充分利用燃料，同時(shí)也為了方便地面控制，科學(xué)家把變軌逐步分解。
關(guān)節(jié)點(diǎn)四：奔月
在３條大橢圓軌道上經(jīng)過７天“熱身”后，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星將正式奔月。
１０月３１日，當(dāng)衛(wèi)星再一次抵達(dá)近地點(diǎn)時(shí)，主發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)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(hào)衛(wèi)星選擇這樣的奔月方式，有著３方面的優(yōu)點(diǎn)：一是可以確保重力損耗控制在５％以下；二是將幾次近地點(diǎn)機(jī)動(dòng)安排在同一地區(qū)，有利于地面監(jiān)測；三是安排了２４小時(shí)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(diǎn)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(hào)衛(wèi)星需要飛行約１１４個(gè)小時(shí)。
在人類探月活動(dòng)的歷史上，曾多次發(fā)生探測器未能實(shí)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(diǎn)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(shí)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(hào)衛(wèi)星必須在地面的指令下進(jìn)行中途軌道修正。一般來講，至少需要進(jìn)行兩次修正，第一次是在進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道的一天之內(nèi)，第二次是在到達(dá)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(diǎn)六：制動(dòng)
１１月５日前后，當(dāng)嫦娥一號(hào)衛(wèi)星到達(dá)距月球２００千米位置時(shí)，需要進(jìn)行減速制動(dòng)，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(shí)現(xiàn)繞月飛行的一個(gè)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(huì)飄向太空?！皠x車”是否成功，關(guān)鍵取決于衛(wèi)星當(dāng)時(shí)的位置和速度矢量是否正確。經(jīng)過多次復(fù)核、復(fù)算，我國科學(xué)家已經(jīng)突破了這一技術(shù)難題。
關(guān)節(jié)點(diǎn)七：繞月
嫦娥一號(hào)衛(wèi)星的第一次近月制動(dòng)，將發(fā)生在１１月５日，從地月轉(zhuǎn)移軌道進(jìn)入１２小時(shí)月球軌道。從這一刻起，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星成為真正的繞月衛(wèi)星。
１１月６日前后，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星進(jìn)行第二次近月制動(dòng)，速度進(jìn)一步降低，衛(wèi)星進(jìn)入３．５小時(shí)軌道，并在這個(gè)軌道上運(yùn)行７圈。
１１月７日前后，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星進(jìn)行第三次近月制動(dòng)，進(jìn)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(gè)軌道為圓形，離月球表面２００千米。
這時(shí)的嫦娥一號(hào)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(diǎn)八：探測
建立月球工作軌道后，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星攜帶的“８種武器”將開始大顯身手，為完成４大科學(xué)目標(biāo)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(jī)在１１月下旬就可以傳回第一張?jiān)虑蛘掌?，這是繞月成功的重要標(biāo)志。
干涉成像光譜儀、激光高度計(jì)、ＣＣＤ立體相機(jī)將共同完成第一個(gè)科學(xué)目標(biāo)，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(jìn)行辨析。
首次被應(yīng)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(fēng)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(diǎn)九：傳輸
按照科學(xué)家的通俗說法，這次為“嫦娥”買的是“單程票”。那么，一去不復(fù)返的嫦娥一號(hào)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(hào)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(shí)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(yīng)用系統(tǒng)為此專門建造了兩座被稱為射電望遠(yuǎn)鏡的大口徑天線：一座在北京密云，天線口徑達(dá)５０米；一座在云南昆明，口徑達(dá)４０米。
兩座大口徑天線像一雙巨大的眼睛，時(shí)刻注視著嫦娥一號(hào)衛(wèi)星的一舉一動(dòng)，把衛(wèi)星傳輸來的信息全部收集起來。
關(guān)節(jié)點(diǎn)十：研究
嫦娥一號(hào)衛(wèi)星歷經(jīng)千難萬險(xiǎn)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(dòng)價(jià)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(yīng)用系統(tǒng)總部，進(jìn)行預(yù)處理。完成預(yù)處理的數(shù)據(jù)，將由地面應(yīng)用系統(tǒng)組織更多的科學(xué)家和技術(shù)人員進(jìn)行進(jìn)一步的研究和處理，得出最新的研究成果或科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
國家航天局宣布，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星獲得的許多數(shù)據(jù)將完全公開，供全世界的科學(xué)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(xiàn)。
|
