□ 新華社記者 田兆運(yùn) 本刊特約記者 李筱梅

2011年6月9日15時(shí)30分，北京航天飛行控制中心。

在經(jīng)過(guò)8個(gè)多月的太空飛行圓滿完成各項(xiàng)工程目標(biāo)和科學(xué)探測(cè)任務(wù)之后，“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星再次成為舉世關(guān)注的焦點(diǎn)。

與去年國(guó)慶節(jié)發(fā)射升空所不同的是，這次她將要在地面飛控中心的控制下，飛離月球，奔向更加遙遠(yuǎn)的深空，去開(kāi)展人們所賦予她的新拓展性試驗(yàn)任務(wù)。

17時(shí)10分，在北京航天飛行控制中心的精確控制下，“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星成功飛離月球，踏上了奔向遙遠(yuǎn)深空的探索之旅，為世人留下了一個(gè)美麗的背影。

大涼山深處嫦娥衛(wèi)星再啟航

月球，這是距人類生活的家園——地球最近的星體。在創(chuàng)造并流傳了數(shù)千年的嫦娥奔月神話傳說(shuō)之后，中國(guó)航天科技開(kāi)始將目光瞄準(zhǔn)了這個(gè)充滿著人類浪漫遐想的星球。

繼上世紀(jì)90年代末中國(guó)最高決策層批準(zhǔn)上馬載人航天工程之后，被稱為“嫦娥工程”的探月工程順利獲得批準(zhǔn)立項(xiàng)。按照工程規(guī)劃，項(xiàng)目將分為“繞”、“落”、“回”三期，計(jì)劃在2020年前依次完成繞月探測(cè)、落月探測(cè)和無(wú)人采樣返回。

與美國(guó)、俄羅斯等國(guó)不同，中國(guó)在探月與深空探測(cè)上起步較晚，走的是一條從中國(guó)實(shí)際出發(fā)的自主探月和深空探測(cè)的道路。

2007年10月24日，“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星從位于大涼山深處的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心順利升空，正式踏上了奔月之旅。2009年3月1日，在圓滿完成一期的工程目標(biāo)和探測(cè)任務(wù)后，“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星在地面飛控中心的控制下受控撞月，為其奔月之旅畫(huà)上了圓滿的句號(hào)。

在“嫦娥一號(hào)”任務(wù)中，不僅完成了具有國(guó)際先進(jìn)水平的全月球影像圖，還獲得了月壤、月表微波輻射和近月空間環(huán)境的大量數(shù)據(jù)，這些成果已經(jīng)確定將免費(fèi)供全球科學(xué)家使用，這無(wú)疑顯現(xiàn)出中國(guó)人為國(guó)際宇航界貢獻(xiàn)了自己的一份力量。

作為探月二期工程的先導(dǎo)星，為盡可能減少國(guó)家投入，“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星盡可能地繼承和利用了“嫦娥一號(hào)”備份星可以繼承和利用的成熟產(chǎn)品和技術(shù)。但由于工程目標(biāo)和科學(xué)目標(biāo)的調(diào)整，“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星的技術(shù)狀態(tài)也有不少新變化。

首先，“嫦娥二號(hào)”在奔月軌道和環(huán)月運(yùn)行軌道上不同于“嫦娥一號(hào)”。其將直接由運(yùn)載火箭送至地月轉(zhuǎn)移軌道進(jìn)行奔月，這樣既可以更好地節(jié)約衛(wèi)星所攜帶的燃料，同時(shí)也可以縮短衛(wèi)星到達(dá)月球的時(shí)間。在環(huán)月運(yùn)行軌道上，“嫦娥二號(hào)”主要運(yùn)行在100千米的圓軌道和近月點(diǎn)15千米、遠(yuǎn)月點(diǎn)100千米的橢圓軌道上，這樣便可以更好地探測(cè)月球表面環(huán)境，驗(yàn)證“嫦娥三號(hào)”關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)“嫦娥三號(hào)”備選著陸區(qū)進(jìn)行高分辨率成像。

其次，對(duì)有效載荷進(jìn)行了較大調(diào)整和完善?！版隙鸲?hào)”取消了原三線陣立體相機(jī)和成像光譜儀，新增了高分辨率CCD相機(jī)，旨在獲取更高分辨率的月球表面三維影像，分辨率由“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星的120米提高到優(yōu)于10米，在近月點(diǎn)15千米處甚至達(dá)到1米。

第三，新增了技術(shù)驗(yàn)證分系統(tǒng)，包括X波段測(cè)控子系統(tǒng)、視頻子系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理單元三部分，主要用于實(shí)現(xiàn)星地X頻段測(cè)控體制驗(yàn)證，并試驗(yàn)降落相機(jī)和小型化、低耗能設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù)，為二期工程進(jìn)行先期驗(yàn)證和技術(shù)儲(chǔ)備。

“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星任務(wù)的最大難點(diǎn)，同時(shí)也是最大看點(diǎn)，就是降低環(huán)月軌道，對(duì)月球虹灣地區(qū)進(jìn)行高分辨率照相，盡可能多地驗(yàn)證“嫦娥三號(hào)”探測(cè)器的關(guān)鍵技術(shù)，以降低其成功落月的風(fēng)險(xiǎn)。

嫦娥二號(hào)任務(wù)測(cè)控系統(tǒng)組成示意圖

2010年10月1日18時(shí)59分57秒，在新中國(guó)成立第61個(gè)國(guó)慶日，億萬(wàn)個(gè)中國(guó)家庭通過(guò)中央電視臺(tái)新聞聯(lián)播的直播畫(huà)面，目睹了“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心冉冉升空，直插云霄的壯觀場(chǎng)景。

繞飛月球完成預(yù)定試驗(yàn)獲多項(xiàng)突破

“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星發(fā)射升空后，經(jīng)過(guò)奔月、近月制動(dòng)、繞月飛行、降軌控制等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，開(kāi)始在環(huán)月工作軌道上運(yùn)行。北京航天飛行控制中心通過(guò)分布在中國(guó)境內(nèi)的測(cè)控站和國(guó)外測(cè)控站的跟蹤測(cè)控，保證了衛(wèi)星分別在100千米×100千米的圓軌道和100千米×15千米的橢圓軌道進(jìn)行高分辨率成像和環(huán)月探測(cè)。

在對(duì)衛(wèi)星的長(zhǎng)期管理過(guò)程中，北京航天飛行控制中心始終堅(jiān)持嚴(yán)慎細(xì)實(shí)的工作作風(fēng)，嚴(yán)密組織每日管理工作，認(rèn)真監(jiān)視衛(wèi)星工作狀況，精心實(shí)施各項(xiàng)控制，對(duì)衛(wèi)星實(shí)施了多次飛行姿態(tài)轉(zhuǎn)換、軌道維持，兩次控制衛(wèi)星降低軌道，對(duì)虹灣區(qū)成功實(shí)施了低軌高分辨率成像，按計(jì)劃完成了包括月球兩極區(qū)域在內(nèi)的全月面成像為主的各項(xiàng)科學(xué)試驗(yàn)任務(wù)。

在環(huán)月飛行期間，衛(wèi)星系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)和地面應(yīng)用系統(tǒng)精心組織開(kāi)展了各項(xiàng)探測(cè)工作，嚴(yán)密監(jiān)視衛(wèi)星工作狀態(tài)?！版隙鸲?hào)”衛(wèi)星在軌運(yùn)行狀態(tài)良好，完整獲取了7米分辨率的月球表面三維影像數(shù)據(jù)，并且一直按計(jì)劃持續(xù)開(kāi)展4項(xiàng)科學(xué)目標(biāo)的探測(cè)活動(dòng)。

中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁表示，“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星成功發(fā)射和在軌運(yùn)行期間，按計(jì)劃完成了各項(xiàng)科研試驗(yàn)任務(wù)，在多個(gè)領(lǐng)域取得了預(yù)期的試驗(yàn)成果，獲得了多項(xiàng)突破性成就。

一是突破了運(yùn)載火箭直接將衛(wèi)星發(fā)射至地月轉(zhuǎn)移軌道的發(fā)射技術(shù)?！版隙鹨惶?hào)”是先發(fā)射到地球附近的過(guò)渡軌道，再經(jīng)過(guò)自身多次調(diào)整進(jìn)入奔月軌道；而“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星則由運(yùn)載火箭直接送入近地點(diǎn)200千米，遠(yuǎn)地點(diǎn)約38萬(wàn)千米的奔月軌道，這樣效率更高。

衛(wèi)星飛行軌道示意圖

嫦娥二號(hào)在軌飛行示意圖

歐洲空間局

二是試驗(yàn)X頻段深空測(cè)控技術(shù)，初步驗(yàn)證深空測(cè)控體制。“嫦娥二號(hào)”任務(wù)飛行測(cè)控首次驗(yàn)證了我國(guó)新建的X頻段深空測(cè)控體制。相比“嫦娥一號(hào)”任務(wù)中使用的S頻段衛(wèi)星測(cè)控網(wǎng)，X頻段無(wú)線電傳輸信號(hào)頻率更高，遠(yuǎn)距離測(cè)控通信效果更好。

三是驗(yàn)證了100千米月球軌道捕獲技術(shù)。相比“嫦娥一號(hào)”在距月面200千米處被月球捕獲，“嫦娥二號(hào)”在距月面100千米處進(jìn)行制動(dòng)，飛行速度更快，軌道更低，制動(dòng)量更大，同時(shí)月球不均勻重力場(chǎng)對(duì)衛(wèi)星軌道的攝動(dòng)影響也相應(yīng)增大，大大提高了對(duì)衛(wèi)星制動(dòng)控制精度的要求。

四是驗(yàn)證100千米×15千米軌道機(jī)動(dòng)與快速測(cè)定軌技術(shù)?！版隙鸲?hào)”驗(yàn)證了100千米×15千米軌道機(jī)動(dòng)與快速測(cè)定軌技術(shù)，測(cè)試將飛行軌道由100千米圓軌道調(diào)整為遠(yuǎn)月點(diǎn)100千米、近月點(diǎn)15千米的橢圓軌道的能力。

五是試驗(yàn)了全新的著陸相機(jī)，數(shù)據(jù)傳輸能力大幅提高?！版隙鸲?hào)”增加配置了降落相機(jī)，以檢驗(yàn)對(duì)月成像能力，為“嫦娥三號(hào)”月面軟著陸做準(zhǔn)備。數(shù)據(jù)傳輸速率也由“嫦娥一號(hào)”的3兆每秒翻倍為6兆每秒，還將進(jìn)行12兆每秒的傳播速率試驗(yàn)。

六是完成了對(duì)“嫦娥三號(hào)”預(yù)選著陸區(qū)的高分辨率成像試驗(yàn)。“嫦娥一號(hào)”搭載的CCD相機(jī)分辨率為120米，而“嫦娥二號(hào)”在100千米圓軌道和100千米×15千米軌道的近月點(diǎn)處，分別對(duì)“嫦娥三號(hào)”的預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行優(yōu)于10米和1.5米分辨率的成像試驗(yàn)，分辨率有了很大提高。

中國(guó)科學(xué)院院士、嫦娥衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師葉培建在近期的一次公開(kāi)講座中表示，“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星所要完成的一個(gè)重要任務(wù)就是獲取更清晰的月球表面圖。目前全部圖像的數(shù)據(jù)已經(jīng)傳回，科研人員正在進(jìn)行數(shù)據(jù)的組合和三維圖像的拼接。如果沒(méi)有意外，年底前，這幅目前世界上最清晰的月球圖將公布，分辨率將精確到7米。

“嫦娥一號(hào)”曾成功完成了120米分辨率的全月圖。此次根據(jù)“嫦娥二號(hào)”傳回的數(shù)據(jù)制作的月球影像圖，分辨率將提高近20倍，月球上的許多細(xì)節(jié)將更為具體，將是世界上最清晰的全月圖。

飛向深空開(kāi)創(chuàng)中國(guó)航天新紀(jì)錄

按照科技人員的規(guī)劃，“嫦娥二號(hào)”的設(shè)計(jì)壽命是半年時(shí)間。在完成各項(xiàng)科研試驗(yàn)任務(wù)之后，衛(wèi)星的命運(yùn)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

早在“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星發(fā)射之初，她的最終命運(yùn)大致被設(shè)置為三種：一是對(duì)月球做補(bǔ)充探測(cè)，考慮衛(wèi)星落月；二是飛向更遠(yuǎn)的太空，驗(yàn)證我國(guó)更遠(yuǎn)宇宙空間的深空探測(cè)能力；三是成為地球的衛(wèi)星。

今年4月1日，“嫦娥二號(hào)”半年設(shè)計(jì)壽命期滿，圓滿完成了各項(xiàng)工程目標(biāo)和科學(xué)探測(cè)任務(wù)。由于衛(wèi)星和星上儀器狀態(tài)良好，軌道控制精確，衛(wèi)星還有不少燃料，經(jīng)過(guò)工程指揮部門專家們科學(xué)決策，決定讓它開(kāi)展拓展性試驗(yàn)任務(wù)。

歐洲空間局

上海天文臺(tái)VlBI中心

北京航天飛控中心專家周建亮說(shuō)：“嫦娥二號(hào)的拓展性試驗(yàn)包括三項(xiàng)內(nèi)容：第一項(xiàng)是補(bǔ)全月球南北兩極的圖像，第二項(xiàng)是再次降至近月點(diǎn)15千米軌道高度，對(duì)虹灣地區(qū)進(jìn)行高分辨率的成像；這兩項(xiàng)試驗(yàn)已經(jīng)在5月23日全部完成。剩下的第三項(xiàng)，也是最重要的一項(xiàng)，就是擇機(jī)從月球逃逸，飛往更遠(yuǎn)的深空?！?/p>

“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星將要奔向的下一個(gè)目標(biāo)是距離地球150萬(wàn)千米外的第2拉格朗日點(diǎn)。在地球圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道面上，一共有5個(gè)拉格朗日點(diǎn)。而2號(hào)點(diǎn)，在太陽(yáng)和地球連線的外側(cè)，背對(duì)著太陽(yáng)。“嫦娥二號(hào)”飛到第2拉格朗日點(diǎn)，可與太陽(yáng)和地球間的相對(duì)位置保持不變，所受天體引力影響也將減到最小，處于真正的失重狀態(tài)，可以進(jìn)行更多的探測(cè)和實(shí)驗(yàn)。

據(jù)專家介紹，飛往日地拉格朗日L2點(diǎn)這一試驗(yàn)任務(wù)主要包括三個(gè)飛行階段：月球逃逸段、轉(zhuǎn)移飛行段、平動(dòng)點(diǎn)環(huán)繞段。衛(wèi)星從100千米環(huán)月軌道上經(jīng)過(guò)兩次加速進(jìn)入轉(zhuǎn)移軌道，逃逸月球以后，經(jīng)過(guò)約3個(gè)月左右的轉(zhuǎn)移飛行，其間要進(jìn)行約四次的中途修正，才能到達(dá)L2點(diǎn)附近，經(jīng)捕獲后環(huán)繞L2點(diǎn)飛行。

在轉(zhuǎn)移飛行段和平動(dòng)點(diǎn)環(huán)繞段，將擇機(jī)開(kāi)展遠(yuǎn)距離的測(cè)控通信、平動(dòng)點(diǎn)的軌道控制，同時(shí)在這個(gè)階段還要擇機(jī)開(kāi)啟太陽(yáng)風(fēng)離子探測(cè)器、太陽(yáng)高能粒子探測(cè)器、X射線譜儀和伽馬射線譜儀四臺(tái)有效載荷，獲取科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)。

“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星飛往L2點(diǎn)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)分為兩方面：技術(shù)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和科學(xué)探測(cè)目標(biāo)。技術(shù)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)包括實(shí)現(xiàn)從月球到日地L2點(diǎn)的軌道轉(zhuǎn)移及L2點(diǎn)的環(huán)繞飛行以及驗(yàn)證150萬(wàn)千米遠(yuǎn)距離的測(cè)控能力。

科學(xué)探測(cè)的兩個(gè)目標(biāo)分別是：在日地L2點(diǎn)開(kāi)展地球遠(yuǎn)磁尾帶電粒子探測(cè)；對(duì)可能出現(xiàn)的太陽(yáng)X射線爆和宇宙伽馬爆進(jìn)行觀測(cè)。

國(guó)防科工局的有關(guān)專家表示，這項(xiàng)任務(wù)的實(shí)施遵循三個(gè)原則：合理使用剩余燃料，盡量延長(zhǎng)衛(wèi)星的壽命；優(yōu)先保證衛(wèi)星安全，全力爭(zhēng)取試驗(yàn)的成果；首先實(shí)現(xiàn)技術(shù)試驗(yàn)，同時(shí)深化科學(xué)探測(cè)。“比如說(shuō)第一點(diǎn)要盡量延長(zhǎng)衛(wèi)星壽命，因?yàn)槲覈?guó)現(xiàn)在有兩個(gè)深空測(cè)控站正在研制，在衛(wèi)星堅(jiān)持一年半到明年年底前的時(shí)候，就可以具備測(cè)控執(zhí)行任務(wù)的能力，在嫦娥三號(hào)執(zhí)行任務(wù)之前可以充分對(duì)這兩個(gè)測(cè)控站進(jìn)行驗(yàn)證?！?/p>

北京航天飛行控制中心“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星測(cè)控系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師周建亮說(shuō)：“我們從未到過(guò)150萬(wàn)千米這么遠(yuǎn)的距離，現(xiàn)在的月球探測(cè)也只是到40萬(wàn)千米左右的地方，所以對(duì)測(cè)控、通信、數(shù)據(jù)傳輸、軌道設(shè)計(jì)都要經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，表明我國(guó)在深空探測(cè)領(lǐng)域又向前邁進(jìn)了一步。”

“距離遠(yuǎn)會(huì)帶來(lái)很多的問(wèn)題：信號(hào)的衰減使測(cè)控的難度大大增加?！敝芙琳f(shuō)，“因?yàn)殒隙鸲?hào)本身不是為這項(xiàng)任務(wù)設(shè)計(jì)的，而且現(xiàn)在屬于超期服役，我們只能充分利用嫦娥二號(hào)的在軌資源?，F(xiàn)在為了做這個(gè)事情，幾乎把它的能力挖掘到了極限，沒(méi)有太多的余量處理各種異?；蛘唢L(fēng)險(xiǎn)，這對(duì)于衛(wèi)星控制的成功率、可靠性都提出了很高的要求?！?/p>

根據(jù)工程總體的統(tǒng)一部署，探月與航天工程中心組織衛(wèi)星系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)和地面應(yīng)用系統(tǒng)制訂了縝密的試驗(yàn)方案。

國(guó)防科工局有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，此次拓展性試驗(yàn)具有軌道新、距離遠(yuǎn)、飛行時(shí)間長(zhǎng)、準(zhǔn)備時(shí)間短等特點(diǎn)，面臨著很大的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，其最終的試驗(yàn)成果將進(jìn)一步驗(yàn)證我國(guó)深空探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)，深化科學(xué)探測(cè)，獲取更多創(chuàng)新成果，并為探月工程后續(xù)任務(wù)乃至深空探測(cè)的開(kāi)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

烏魯木齊25米觀測(cè)站

歐洲空間局庫(kù)魯站