張揚(yáng)眉 （北京空間科技信息研究所）

2013年9月6日，“月球大氣與塵埃環(huán)境探測(cè)器”（LADEE）由人牛怪－5（Minotaur－5）運(yùn)載火箭從戈達(dá)德航天中心的瓦羅普斯飛行研究所發(fā)射，于10月6日進(jìn)入繞月軌道。該探測(cè)器是美國(guó)航空航天局（NASA）的一項(xiàng)月球軌道器任務(wù)，任務(wù)目的是探測(cè)月球大氣和塵埃環(huán)境，確定月球大氣的密度、成分和隨時(shí)間變化的情況，研究月球外大氣層中是否存在月球塵埃，并解釋月球塵埃的來(lái)源和變化原因。該任務(wù)還驗(yàn)證一種由Minotaur－5運(yùn)載火箭發(fā)射的新型模塊化平臺(tái)的有效性，該平臺(tái)的研制成本低、研制時(shí)間短，一旦驗(yàn)證有效，將大大降低未來(lái)月球探測(cè)任務(wù)的成本。

1 任務(wù)概況

美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)在其2007年的報(bào)告《月球探測(cè)的科學(xué)背景》中稱，“在載人登月任務(wù)對(duì)月球環(huán)境造成影響之前，探測(cè)月球大氣和塵埃的原始狀態(tài)”是目前優(yōu)先級(jí)最高的月球探測(cè)目標(biāo)。2008年3月，LADEE項(xiàng)目立項(xiàng)，并據(jù)上述報(bào)告內(nèi)容制定探測(cè)目標(biāo)。LADEE項(xiàng)目屬于NASA月球探索計(jì)劃（Lunar Quest Program），該計(jì)劃的內(nèi)容包括月球探測(cè)任務(wù)、有效載荷的研制、對(duì)探測(cè)成果的研究和分析課題等，由NASA馬歇爾航天飛行中心負(fù)責(zé)和監(jiān)督。

LADEE探測(cè)器是第一個(gè)由Minotaur－5運(yùn)載火箭發(fā)射的航天器，也是第一個(gè)從瓦羅普斯飛行研究所發(fā)射的深空探測(cè)器。探測(cè)器預(yù)計(jì)工作時(shí)間為160天，其中30天進(jìn)行地-月飛行，30天進(jìn)行在軌檢測(cè)和試運(yùn)行，100天執(zhí)行繞月探測(cè)任務(wù)。如果運(yùn)行狀況良好，可再進(jìn)行為期9個(gè)月的擴(kuò)展任務(wù)。

LADEE任務(wù)由NASA的科學(xué)任務(wù)委員會(huì)投資，由埃姆斯研究中心領(lǐng)導(dǎo)。埃姆斯研究中心負(fù)責(zé)任務(wù)管理、航天器制造和任務(wù)運(yùn)行；戈達(dá)德航天飛行中心負(fù)責(zé)有效載荷、技術(shù)驗(yàn)證裝置和科學(xué)運(yùn)行中心的管理；瓦羅普斯飛行研究所則負(fù)責(zé)運(yùn)載火箭集成、運(yùn)載服務(wù)等；馬歇爾航天飛行中心通過(guò)月球探索計(jì)劃辦公室對(duì)任務(wù)進(jìn)行管理。

2 科學(xué)和工程目標(biāo)

LADEE的科學(xué)目標(biāo)

1）確定月球大氣的成分，研究月球大氣的分布和變化過(guò)程，包括月球大氣的起源、下沉、表面作用等；研究月球的外大氣層是否存在塵埃，并揭示月球塵埃的起源和變化情況；

2）研究月球外大氣層的塵埃環(huán)境，測(cè)量月球塵埃的短期變化情況以及月球塵埃對(duì)月球大氣的影響。

LADEE的工程目標(biāo)

1）進(jìn)行月球激光通信驗(yàn)證（LLCD），驗(yàn)證新型通信方式，數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到以往無(wú)線電通信方式的速率的6倍，這有助于建立未來(lái)的空間通信體系；

2）研制低成本、可復(fù)用、靈活性好的“模塊化通用航天器平臺(tái)”，該平臺(tái)可滿足某些行星探測(cè)任務(wù)的需要，降低任務(wù)成本和風(fēng)險(xiǎn)；

3）驗(yàn)證Minotaur－5運(yùn)載火箭發(fā)射行星探測(cè)任務(wù)的性能。

LADEE探測(cè)器在埃姆斯研究中心進(jìn)行接口測(cè)試

LADEE有效載荷性能

3 主要性能與參數(shù)

LADEE采用了埃姆斯研究中心在2006－2008年提出的“模塊化通用航天器平臺(tái)”，這是一種小型的、低成本的航天器平臺(tái)，可攜帶各種有效載荷，用于包括低地球軌道（LEO）、月球軌道、月球表面、地-月拉格朗日點(diǎn)、近地小天體（NEO）等不同軌道目標(biāo)的探測(cè)任務(wù)，可用于軌道器任務(wù)或著陸器任務(wù)。LADEE任務(wù)的總預(yù)算為2.63億美元。

LADEE平臺(tái)采用了一種輕型的碳復(fù)合物結(jié)構(gòu)，可容納發(fā)射載荷，減輕沖擊力，且便于制造和組裝。該模塊化平臺(tái)不僅可用于多種探測(cè)任務(wù)，還可同時(shí)進(jìn)行各部件的研制和組裝。其系統(tǒng)級(jí)組件都來(lái)自低成本的、經(jīng)過(guò)飛行驗(yàn)證的產(chǎn)品線。

LADEE采用的平臺(tái)模塊包括以下幾個(gè)子模塊：①散熱器模塊，攜帶電子設(shè)備、電子系統(tǒng)、姿態(tài)敏感器和有效載荷；②平臺(tái)模塊；③有效載荷模塊，攜帶2種有效載荷；④擴(kuò)展模塊，上面裝有推進(jìn)系統(tǒng)；⑤推進(jìn)模塊。

工作人員將探測(cè)器放置到運(yùn)輸?shù)鬃喜⒐潭?/p>

LADEE平臺(tái)模塊

LADEE質(zhì)量為383k g，采用三軸穩(wěn)定或自旋穩(wěn)定模式；衛(wèi)星采用體裝式太陽(yáng)電池陣，功率為295W；雙組元推進(jìn)系統(tǒng)包括1個(gè)主推進(jìn)器、6個(gè)姿態(tài)控制推力器、2個(gè)燃料箱、2個(gè)氧化劑燃料箱、2個(gè)壓力箱等；通信系統(tǒng)包括獨(dú)立的接收器、轉(zhuǎn)發(fā)器和高功率放大器（HPA）模塊，射頻（RF）轉(zhuǎn)發(fā)器功率為5W，具有靈活的傳輸功率模式；采用由NASA埃姆斯研究中心的全向/中增益天線進(jìn)行通信。LADEE攜帶了3種有效載荷和1項(xiàng)技術(shù)驗(yàn)證裝置。

散熱器模塊上安裝了電子設(shè)備、電池、姿態(tài)敏感器、天線、紫外光和可見(jiàn)光光譜儀及月球塵埃實(shí)驗(yàn)裝置等，這樣的設(shè)計(jì)可簡(jiǎn)化集成和測(cè)試過(guò)程。

有效載荷模塊上安裝了中性粒子質(zhì)譜儀、月球激光通信驗(yàn)證裝置以及呈角錐體狀的反作用輪等。

LADEE任務(wù)的地面系統(tǒng)由分布在NASA各大中心和研究所的地基設(shè)施組成，包括埃姆斯研究中心的任務(wù)運(yùn)行中心、戈達(dá)德飛行中心的科學(xué)運(yùn)行中心，并將白沙試驗(yàn)研究所作為L(zhǎng)ADEE任務(wù)的主地面站。來(lái)自地面站的數(shù)據(jù)將被發(fā)送到任務(wù)運(yùn)行中心進(jìn)行處理、分配、存儲(chǔ)與歸檔。科學(xué)與儀器數(shù)據(jù)以及探測(cè)器運(yùn)行情況和安全數(shù)據(jù)被發(fā)送到科學(xué)運(yùn)行中心，在那里進(jìn)行儀器數(shù)據(jù)的處理與科學(xué)分析。

4 任務(wù)設(shè)計(jì)

LADEE任務(wù)包括5個(gè)主要階段：發(fā)射前、發(fā)射與早期任務(wù)、試運(yùn)行、正式運(yùn)行、擴(kuò)展任務(wù)。發(fā)射LADEE的Minotaur－5火箭是一種新型運(yùn)載火箭，由Minotaur－4火箭演變改良而來(lái)；而Minotaur－4的前3級(jí)則繼承了之前取得巨大成功的“和平衛(wèi)士”洲際導(dǎo)彈的設(shè)計(jì)。

LADEE發(fā)射升空后進(jìn)行數(shù)次軌道機(jī)動(dòng)，飛行約30天，最終到達(dá)月球附近，在遠(yuǎn)地點(diǎn)約250k m、近地點(diǎn)約75k m的橢圓軌道上運(yùn)行；接著該探測(cè)器進(jìn)行為期30天的檢查和試運(yùn)行，在此期間，LADEE進(jìn)行月球激光通信驗(yàn)證。隨后，探測(cè)器將下降到約50km的軌道上執(zhí)行為期約100天的正式科學(xué)任務(wù)。100天之后，LADEE將執(zhí)行擴(kuò)展任務(wù)，直到燃料耗盡，最后受控撞擊月球。