
嫦娥一号发射在即,大家对于“嫦娥”的关注持续升温,作为我国探月工程的首次尝试,嫦娥一号在技术上实现了哪些突破?“嫦娥”飞天,到底难在哪里?一直都是大家关注的焦点。
在10月23日举行的嫦娥一号绕月探测飞行任务情况介绍会上,国防科工委月球探测中心主任助理裴昭宇、中国航天科技集团宇航部部长赵小津详细地讲述了探月专家们多年来攻克的最大技术难关。
一难:选哪条路去月球?
神话传说中的“嫦娥”体态轻盈,向月亮飞翔而去,但那毕竟只是我们的祖先对月亮的美好向往。现实中,地球与月球的平均距离是384400公里,要把一颗2.35吨重的卫星送上月球还真不是一件容易的事情。
“探测月球怎么去?是一个非常复杂的轨道设计问题”,裴昭宇说,“较之地球人造卫星和载人航天,探月卫星的发射在技术上的跨度很大,面临新的问题,需要采用新的途径,与载人航天有很大的不同。”
要完成这个任务,有两个方法。第一个方法是通过运载火箭直接将卫星送到地月转移轨道。“但是,这个需要我们有很大吨位的运载火箭,这种火箭到现在为止我们还不具备,所以我们采用了第二种方法”,赵小津说。
将卫星打到绕地球飞行的轨道,通过卫星本身的动力进行一次一次的变轨,进入到地月转移轨道。而后,卫星将飞行进入月球轨道,并继续变轨实现绕月飞行。这个念起来就很复杂的过程正是赵小津口中的第二种方法。
与地球卫星相比,嫦娥一号要经历多次复杂的轨道姿态变动,进入地月轨道以后还要进行2—3次的修正,控制的任务也非常复杂。赵小津说:“我们要在很短的时间内作出正确的动作,否则嫦娥一号就会偏离轨道飞到无法控制的地方,很有可能就抓不回来”。
“轨道设计与变轨技术是我们面临的最大难题”,赵小津说,“目前的方式是根据现有的运转能力和卫星特点,进行优化设计”。
二难:月亮、太阳、地球的“三角关系”
月亮、太阳、地球,对于嫦娥一号来说,一个都不能少!
作为一颗探测卫星,嫦娥一号要从月球上获取月球表面三维立体影像,精细划分月球表面的基本构造和地貌单元,要探测月壤厚度,要探测地球至月亮的空间环境。所以嫦娥一号的相机、探测仪一个都不能少地必须面向月球,也就是需要对月定位。
另一方面,太阳是嫦娥一号的生命源泉,它所需的能源几乎都是通过太阳帆板获取的,这个帆板必须要对准太阳,也就是对日定位。
同时,嫦娥一号有一个最重要的任务,就是把探测到的数据传回地球,所以卫星的传输天线一定要对准地球。这也就是对地定位。
对日、对月、对地定位都必须准确,看来“嫦娥”的工作是非常不简单的。赵小津说:“为了实现三种定向同时进行,我们进行了研究与创新。在对月定向这方面我们采取了新的技术,叫紫外敏感器。”紫外敏感器是区别于红外敏感器而言的。“因为月球没有大气层,它的红外辐射场非常不稳定,必须采用紫外才行”,赵小津解释道。他介绍说,这次采用的紫外敏感器是我国首次采用的,在国际上也是相当罕见。
三难:从8万公里到38万公里的飞跃
火箭发射也好,卫星飞行也好,我们地面的人都必须要知道它飞到哪儿,所以必须要测量。还要和飞行器保持联络,火箭和卫星要把信号传输下来,遥控指令要传输上去,这些都是需要进行通讯的。但是嫦娥一号要飞到离我们38万公里之外的地方,我们如何保持与它的联系呢?这样的难度可想而知,中国科学院院士、火箭弹道轨迹设计专家余梦伦院士就曾经说过:“这么长的距离,过去我们没有实验过。”
“要把卫星在月球上获取的数据传回来,我们就必须完成8万公里到38万公里的跨越”,赵小津说。我国发射的所有人造地球卫星中,离地球最远的距离是8万公里,而现在“嫦娥”要到38万公里的远方,传回来的信号数据自然会比较弱。
“为了解决这个问题,我们一方面在地面加大接受能力,在昆明和北京的密云我们分别建造了一个50米的天线和一个40米的天线;另一方面,我们在卫星上也要加大信号发射的功率,所采用的是一个以前从没有采用过的大架机械指向天线,这个天线在卫星上是可以随时动作的,这使得它可以更大范围地捕捉地球”,赵小津说。
四难:“天狗”食月了,“嫦娥”怎么办?
在人们的印象中月亮总是代表宁静安详,神话中,月亮上的生活也是自在怡然。但是实际上,月球生存环境对于嫦娥一号来说是一个极大的考验。
月球的地表温差很大,白天到100多度,晚上零下100多度,日夜温差300多度,真正是冰火两重天,这对距离月球仅仅200公里的嫦娥一号卫星的热设计就是一个极大的挑战。
不过更艰难的还不是温度,而是月球上每年两次的月食现象。这种被民间称为“天狗食月”的现象,由于地球挡在太阳和月球之间,以致月亮失去了光芒。这一刻,我们找不到月亮,而“嫦娥”也找不到太阳。太阳光照不到月球,嫦娥一号就失去了能量的源泉。
赵小津说:“这种情况就要靠卫星上的蓄电池进行供电,这样一来卫星上的蓄电池又要经受艰巨的考验,这就要求蓄电池一方面要有低温下放电的能力,要有极端温度下的维持能力,更要有耐受低温的性能。”