1 地月转移轨道窗口时间短
能否顺利进入地月转移轨道入口,是摆在嫦娥二号卫星面前的第一道难关。根据地球、月亮、太阳的运动规律,卫星进入地月转移轨道的窗口时间非常短,如果星箭分离时卫星没有准确进入地月转移轨道入口,那么就需要对卫星轨道进行调整,会使卫星上的燃料提前消耗,如果偏差过大,就将影响后续任务的执行。
为此,卫星系统和火箭系统两大系统互相配合,携手合作,经过多次反复核算,最终设计出火箭的发射轨道,为“嫦娥奔月”打造了一架快捷方便的“直达天梯”。
2 “刹车”可能过猛或不及
嫦娥二号卫星面临的最大风险是,卫星通过近月制动能否被月球重力场捕获。“在近月制动点的时候,卫星对于月球来说实际上处在非闭合的轨道上,如果不及时刹车,卫星就不能成为月球卫星。”卫星总设计师黄江川一边介绍,一边用手势划着轨道的曲线,“如果刹车不够,卫星仍然会飞出了月球的引力范围,而不被月球捕获,从而不能环绕上月球。”
从理论上说,可能几个月甚至半年之后,技术人员将有机会使卫星重新被捕获。“但到那时候,我们就要几乎耗尽所有的燃料来控制卫星回到月球,而此时可能的代价是卫星重新回到月球后已经没有了燃料或者只有很少燃料,后续的科学任务就没有办法完成。”卫星副总设计师王晓磊对这个问题也有很精确的理解。
因此,第一次近月制动至关重要,刹车成功的话,卫星会处在近月点200公里、远月点8000公里左右的椭圆轨道上。这时候卫星就是月球卫星了,它已经不可能跑出月球的引力范围了。然而,第一次近月制动还存在着另一种风险:如果“刹车”力量过大,卫星就会撞上月球,其后果同样不堪设想。
3 卫星独自变轨
嫦娥二号卫星的另一个特殊任务是从100公里的圆轨道过渡到近月点15公里、远月点100公里的椭圆轨道。要实施这个轨道变轨,让这个轨道的近月点正好在备选区域的话,卫星就必须在月球无法朝着地球的那一面变轨。
而此时,地面的遥测信号无法进行传递,卫星是不可人为干预和控制的,只能依靠卫星上已经设置好的自主控制程序进行。
在卫星自主控制程序运行时,如果发动机点火不成功,那只能等待下一月变轨的机会。而如果点火过了的话,卫星将面临致命风险。
同时,如果点火时间过长,造成卫星轨道低于15公里。“此时卫星的飞行速度是每秒2公里左右,即使每秒米级的误差,也可能撞上月球。”黄江川介绍道。根据人类现有月球探测数据,月球上最高的山在1万米(即10公里)以上。如果卫星点火的时机不对,就会加大卫星撞上高山的可能性。
4 月球轨道降落难
探月二期工程难点很多,其中月球轨道的降落过程最难,因为人类对月面环境的认识还十分有限。
中国探月工程副总设计师、中国航天科技集团公司科技委副主任于登云表示,嫦娥二号卫星作为探月二期工程的先导星,其难点就要尽可能多地验证嫦娥三号探测器的关键技术,以降低嫦娥三号探测器成功落月的风险。“比如,对近月点15公里的位置,要尽可能地测量控制准确。那时候,卫星是否真的在15公里的位置,我们现在担心的是判断不精确,毕竟离得太远了,空间信号传输过程中会有延迟和衰减,进而影响地面测控。目前,我们对这个轨道还不是很熟悉。”
另外,轨道测量与控制的精度将会直接影响照相机的分辨率。“这就好比,我们在地面上使用照相机,离得太近或太远都无法清晰成像。只有在恰当的距离,才能照出满意的照片。换句话说,预计得越准确,探测得来的数据就越准确。”
5 工程任务操作密度大
嫦娥二号卫星验证的工程任务内容很多,很繁重,往往是一环扣一环,因此要协调好它们之间的关系,要进行得十分精确。
比如说,近月点15公里、远月点100公里的椭圆轨道变轨,实际上有多重目的在里面,除了验证轨道机动技术以外,还要对月球指定区域进行高分辨率成像,同时还要进行X频段测控体制方面的验证。这些任务的密度非常大。
因此,技术人员能否对卫星进行精准操作,构成了卫星的另一重风险。为了规避操作上的风险,确保嫦娥二号卫星的安全,卫星型号队伍提出了“操作零缺陷”的要求。
6 空间环境变化莫测
还有一种风险来自月球具有的特殊空间环境。这种特殊空间环境主要是指月球表面的物质分布非常不均匀,造成月球不同区域的重力场并不一样。因此,卫星在轨运行期间,其轨道要经常进行维护。
此外,太阳每11年左右都有一个活跃期,会形成太阳风暴。这对卫星会造成多种效应影响,如果严重的话可能造成电子元器件或者设备损坏。在嫦娥二号卫星在轨
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