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嫦娥二號
鎖定
- 中文名
- 嫦娥二號
- 外文名
- Chang'e 2
- 發射時間
- 2010年10月1日
- 所屬國家
- 中國
嫦娥二號研製歷程
2008年6月24日,嫦娥二號衞星專題研究會召開;7月,嫦娥二號第二輪總體方案論證工作完成;10月,嫦娥二號經國務院批准立項。2008年,嫦娥二號整星方案設計完成,主要開展頂層策劃、技術狀態清理及複核、總體規範制訂等研製工作及任務軌道設計、大系統間接口協調、分系統技術規範制訂、X波段應答機等新產品技術攻關和專項試驗工作
[7]
。
2009年,嫦娥二號單機、技術試驗和有效載荷兩個分系統的初樣研製完成;速高比補償對測定軌精度要求、15千米軌道飛行大系統保證等專題協調及全部專項試驗完成;正樣產品研製、總裝、AIT階段電性能測試和軟件/FPGA 落焊工作完成;並開展了軌道設計、空間單粒子效應防護等質量複查和複核復算,補充了“軌道設計、飛行程序、虹灣成像、監視相機/紫外成像”等技術專題研究。
嫦娥二號運行歷程
嫦娥二號發射升空
日期 | 時間 | 飛行時間 | 事件 |
---|---|---|---|
2010年10月1日 | 11:00 | / | 正式進入發射程序,舉行最後一次氣象“大會商” |
13:30 | / | 氣象報告出爐,開始低温為火箭加註液氫 | |
17:00 | / | 進入射前系統,地面開始給系統加電 | |
18:20 | / | 2號塔架回轉平台從上而下逐級展開 | |
18:45 | / | 最後一批勤務人員離開2號發射塔架 | |
18:58:27 | / | 火箭從地面供電轉為系統內部電池供電 | |
18:58:57 | / | 倒計時60秒,準備點火發射 | |
18:59:57 | / | 點火 | |
19:00:00 | / | 起飛 | |
19:02:07 | 127.4992秒 | 助推器分離 | |
19:02:23 | 143.4972秒 | 一二級分離 | |
19:04:15 | 255.4117秒 | 拋掉整流罩 | |
19:05:24 | 324.7087秒 | 二三級分離 | |
三級一次關機 | |||
三級二次點火 | |||
三級二次關機 | |||
末速修正關機 | |||
19:25:33 | 1533秒 | 星箭分離 | |
嫦娥二號在軌運行
2010年10月2日,嫦娥二號完成第一次地月成像
[9]
。
2010年10月6日,嫦娥二號被月球捕獲,實施第一次近月制動,進入週期約12小時的橢圓環月軌道
[3]
。
嫦娥二號拓展運行
2012年12月13日,嫦娥二號在與4179號小行星(Toutatis)交會並捕獲小行星影像,完成了4179號小行星國際首次近距離的光學探測。
2013年1月5日,嫦娥二號與地球距離突破1000萬千米。
2013年2月28日,嫦娥二號與地球距離突破2000萬千米。
嫦娥二號飛行任務
嫦娥二號飛行計劃
嫦娥二號飛行任務分為7個階段:射前準備階段、主動段、調相軌道階段、地月轉移階段、月球捕獲階段、環月工作狀態建立階段和環月運行階段。
序號 | 開始時間 | 飛行計劃 |
---|---|---|
1 | 2010年10月1日 | 發射升空 |
2 | 2010年10月2日 | 地月轉移 |
3 | 2010年10月6日 | 月球捕獲 |
4 | 2010年10月6日 | 環月探測 |
5 | 2011年4月14日 | 月球軌道深化探測 |
6 | 2011年6月9日 | 月球至拉格朗日L2點轉移 |
7 | 2011年8月25日 | 日地拉格朗日L2點探測 |
嫦娥二號任務目的
4、探測地月與近月空間環境。嫦娥二號在軌運行期間正是太陽活動高峯年,是探測研究太陽高能粒子事件、太陽風及其對月球環境影響的最佳探測時期。利用太陽高能粒子探測器和太陽風離子探測器,獲取行星際太陽高能粒子與太陽風離子的通量、成分、能譜及其隨時空變化的特徵,可研究太陽活動與地月空間及近月空間環境的相互作用;獲取地月空間環境數據,可為中國探月工程後續任務提供環境科學數據
[14]
。
嫦娥二號任務特點
- “快、近、精、多”
關鍵詞 | 特點描述 |
---|---|
快 | 嫦娥二號衞星由運載火箭直接送入環月軌道,不經過過度軌道,效率更高。 |
近 | 嫦娥二號環月軌道降低到100千米,最近點只有15千米,以更近距離來觀察月球。 |
精 | 嫦娥二號測量精度提高,100千米軌道時相機分辨率為10米,15千米軌道時達1.5米,分辨率高。 |
多 | 嫦娥二號進行的實驗多,如深空探測、降落相機試驗等項目。 |
- 飛行過程控制複雜
- 空間環境複雜
- 三體組合控制模式複雜
- 新研和改進的設備多
嫦娥二號衞星除包含嫦娥一號的6種有效載荷,還增加了技術試驗分系統,包括X頻段應答機、降落相機等工程載荷,因此衞星系統智能終端類型複雜,對衞星的信息收集、存儲、壓縮、編碼等處理模式有特殊要求
[16]
。
嫦娥二號技術狀態
嫦娥二號技術要求
項目 | 技術要求 |
---|---|
衞星重量 | ≤2480千克 |
衞星乾重 | ≤1175千克 |
工作軌道 | 100千米×100千米 |
試驗軌道 | 100千米×15千米 |
衞星壽命 | 6個月 |
結構本體尺寸 | 2000毫米×1720毫米×2200毫米 |
對月指向姿控精度 | ≤±1度(3σ) |
對月指向姿控穩定度 | ≤0.005度/秒 |
推進方式 | 雙組元統一推進系統 |
供電輸出功率 | 1466瓦 |
入射角 | 45度入射角 |
測控體制 | USB+VLBI |
遙測碼速率 | 512比特每秒/1024比特每秒(編碼後) |
遙控碼速率 | 125比特每秒 |
編碼方式 | 卷積編碼/LDPC編碼 |
數傳調製方式 | BPSK |
數傳碼速率 | 6兆比特每秒 |
嫦娥二號衞星組成
嫦娥二號選用東方紅三號衞星平台,總質量2350千克,設計壽命一年,尺寸為2000毫米×1720毫米×2200毫米,繼承資源一號、二號等地球衞星的成熟技術和產品進行適應性改造。
嫦娥二號衞星共有10個分系統,可分為服務系統和載荷兩部分。服務系統包括:結構、熱控、制導/導航與控制(GNC)、推進、供配電、數據管理、測控數傳、定向天線和技術試驗等。載荷分系統由CCD立體相機、微波探測儀、太陽高能粒子探測器等多種載荷組成。
嫦娥二號測控通信
嫦娥二號使用LDPC編碼功能,相比卷積編碼提高增益約2.5分貝;增加了工程載荷數據傳輸通道,設計了最低為23.4375千比特每秒的多檔碼速率,可支持距地2000萬千米以遠的數據傳輸。
嫦娥二號飛行運載
- 總述
- APS相機
嫦娥二號搭載4台APS相機做為技術試驗分系統的主要設備,對相機進行新技術試驗驗證。主要包括幾方面的內容,即APS 在軌成像技術,高度系統集成技術、自動曝光技術、高倍率壓縮技術、空間環境適應性成像設計等幾項關鍵技術
[10]
。
- CCD立體相機
- 太陽高能粒子探測器
嫦娥二號搭載有太陽高能粒子探測器,可獲取行星際太陽高能粒子與太陽風離子的通量、成分、能譜及其隨時空變化的特徵,用於研究太陽活動與地月空間及近月空間環境的相互作用,為後續探月工程提供環境科學數據
[19]
。
- X射線、γ射線譜儀
嫦娥二號搭載有γ射線譜儀,其探測晶體使用溴化鑭新材料,探測靈敏度提高了1倍多;嫦娥二號所搭載X射線譜儀可以探測月球表面的硅、鎂、鋁、鈣、鈦、鉀、釷、鈾等9種元素的含量與分佈特徵,獲得更高空間分辨率和探測精度的元素分佈圖
[19]
。
嫦娥二號技術保障
嫦娥二號關鍵技術
1、在嫦娥二號運行過程中設計並驗證了後續着陸任務中動力下降前的所有軌道與機動飛行控制技術,直接進入地月轉移軌道、首次使用X頻段測控、對嫦娥三號着陸區進行高分辨率成像。
2、針對月球不均勻重力場及高起伏地形環境,突破月球擬凍結軌道設計、衞星自主慣性對準、機動軌道拼接等關鍵技術,首次成功實現100千米圓軌道和100千米×15千米軌道飛行,首次實現在月球背面無測控條件下主發動機點火變軌。衞星軌道控制精度最高達到0.02%。
3、在國際月球探測中,嫦娥二號首次採用時間延時積分(TDI)成像技術,設計了由地面行頻數據注入和測高數據輔助兩種速高比補償成像方法,獲得了7米分辨率的全月球立體影像;獲得了1.3 米分辨率的局部影像,達到國際先進水平。
4、創新研製首台基於統一載波體制的X頻段高靈敏度數字化測控應答機,實現了深空探測領域星載測控技術的多項突破。在軌試驗驗證了X頻段深空測控體制和技術。突破了差分單向測距(DOR)干涉測量、X頻段數字化應答機和地面S/X雙頻段測控設備研製等關鍵技術,測速精度達到1毫米/秒、測距精度達到1米,實現了7.8125比特每秒的極低碼速率遙控。
5、突破微小型智能化設計技術,首次實現了地月空間飛行過程監視成像。首次實時獲取了太陽翼展開、天線展開/轉動、主發動機點火等關鍵環節的動態圖像。
6、首次在航天工程中於空間段應用了LDPC編譯碼,編碼增益和效率等主要指標優於國際(CCSDS)標準。
7、首次在軌驗證了推進系統高壓氣路長壽命技術,為高強度(時間跨度半年以上,次數10次以上)軌道機動及後續L2點、小行星探測試驗奠定動力基礎。
8、首次突破探測敏感器、載荷一體化技術,利用成像敏感器完成星地大回路導航試驗。
9、在地月星和日地星雙三體複雜環境下,針對日、地引力平動點攝動複雜、軌道設計無解析解、測控距離遠等難點,攻克了非線性系統流形設計、低能量轉移軌道控制等技術,實現了從月球軌道飛赴L2點的軌道設計、飛行控制和遠距離測控通信。在國際上首次實現從月球軌道飛赴日-地拉格朗日L2點探測,開展了對地球遠磁尾離子能譜、太陽耀斑爆發和宇宙伽馬爆的科學探測,使中國成為繼美、歐之後第3個實現L2點開展空間探測的國家。
10、突破距地1000萬千米遠的深空軌道和測控通信技術,首次實現行星際飛行。基於能量、距離和時間及目標物理特性等強約束,提出潛在小行星目標選取策略,在國際上首次設計並實現了逼近飛越探測方式及基於高速交會漸遠點凝視成像技術。國際上首次成功逼近飛越4179圖塔蒂斯小行星並獲取3米分辨率光學彩色圖像。
11、 創新利用拉格朗日點伴地繞日特性,在衞星推進劑、星地通訊距離、地面大天線進度等約束條件下,國際上首次實現從拉格朗日點轉移飛越小天體。
12、 通過創新設計、全面驗證、精心實施, 充分利用衞星剩餘資源,發揮衞星潛能,從月球到L2再到圖塔蒂斯,實現了具有國際特色和水準的多目標多任務探測,取得了“好、快、省”的突出實效。
嫦娥二號太空實驗
序號 | 實驗 |
---|---|
1 | 突破運載火箭直接將衞星發射至地月轉移軌道的發射技術 |
2 | 試驗X頻段深空測控技術,初步驗證深空測控體制 |
3 | 驗證100千米月球軌道捕獲技術,積累更多近月空間環境數據 |
4 | 驗證100千米×15千米繞月橢圓軌道機動與快速測定軌技術 |
5 | 試驗低密度校驗碼遙測信道編碼、高速數據傳輸、降落相機等技術 |
6 | 對嫦娥三號任務預選月球虹灣着陸區進行高分辨率成像試驗 |
7 | 從月球軌道飛往日地L2點的轉移和試驗 |
嫦娥二號榮譽表彰
獲獎時間 | 獲獎名稱 | 所獲獎項 | 頒發單位 |
---|---|---|---|
2012年 | 嫦娥二號工程 | 國家科學技術進步獎特等獎 | / |
嫦娥二號價值意義
嫦娥二號任務的圓滿成功,標誌着中國在深空探測領域突破並掌握了一大批新的具有自主知識產權的核心技術和關鍵技術,為後續實施探月二期工程的“落”和“回”以及下一步開展火星等深空探測奠定了堅實技術基礎,中國從航天大國邁向航天強國的進程又跨出了重要的一步
[5]
。(中國科學院院士、探月工程嫦娥二號任務工程研製單位代表、運載火箭總設計師 姜傑 評)
“嫦娥二號”的任務及拓展實驗,獲得了“嫦娥三號”的預選着陸區——虹灣地區的高分辨率圖象;驗證了在月球背面不可看到的情況下,採用主發動機大推力自主軌道的機動技術,為“嫦娥三號”軟着陸進行了技術驗證,也奠定了良好的基礎
[22]
。(中國新聞網 評)
嫦娥二號受控準確進入日地拉格朗日L2點的環繞軌道是中國第一次開展拉格朗日點轉移軌道的設計和控制,並實現150萬千米遠距離測控通信。標誌着中國成為世界上第三個造訪日地拉格朗日L2點的國家,也是世界上第一個實現從月球軌道出發抵達該點的國家
[23]
。(《人民日報》 評)
- 參考資料
-
- 1. [視頻]嫦娥二號發射升空全程回放 .中國網絡電視台.2010-10-01[引用日期2014-08-02]
- 2. 嫦娥二號奔月時刻表 .中國新聞網.2010-10-01[引用日期2014-08-02]
- 3. 嫦娥二號第一次近月制動成功順利進入環月軌道 .中國廣播網.2010-10-07[引用日期2014-08-04]
- 4. 飛越“戰神”小行星 嫦娥二號工程完美收官 .中國政府網
- 5. 姜傑在慶祝探月工程嫦娥二號任務圓滿成功大會的發言 .國家航天局[引用日期2020-10-08]
- 6. 情繫“嫦娥”心不悔――訪我校78級校友、嫦娥二號衞星總設計師黃江川 .哈爾濱工業大學[引用日期2020-12-10]
- 7. 揭秘嫦娥二號如何從“備份星”成為“先導星”——中新網 .中新網[引用日期2020-10-08]
- 8. 嫦娥二號任務即將轉入加註發射階段 .新浪新聞[引用日期2020-10-08]
- 9. 今天凌晨嫦娥二號完成第一次地月成像 .中國廣播網.2010-10-02[引用日期2014-08-04]
- 10. 黃長寧, 張宏偉, 温博, 胡永富, 林宏宇.嫦娥二號衞星APS相機設計關鍵技術及在軌應用:中國科學 技術科學,2013:43(7): 761-766
- 11. 嫦娥二號距地突破5000萬公里 繼續飛向更遠深空 .中國新聞網.2013-07-15[引用日期2014-08-04]
- 12. [視頻]嫦娥二號深空突破6100萬公里 .央視網.2013-11-26[引用日期2014-08-04]
- 13. 嫦娥五號實驗器返地球 嫦娥二號突破1億公里深空 .環球網轉自新華網
- 14. “嫦娥二號”任務確定6大工程目標和4大科學目標 .中國新聞網.2010-10-01[引用日期2014-08-01]
- 15. "嫦娥二號"年內實施飛行任務 5天內即可到達月球 .中國政府網[引用日期2020-10-08]
- 16. 張猛, 孟林智, 黃江川, 郭堅, 王向暉, 葉志玲.基於多級控制結構的嫦娥衞星高可靠電子信息體制設計與實現:中國科學 技術科學,2013:43(7): 739-747
- 17. 葉培建, 黃江川, 孫澤洲, 等.中國月球探測器發展歷程和經驗初探:中國科學: 技術科學,2014:44: 543–558
- 18. 嫦娥二號搭載CCD立體相機 可拍直徑21米月坑圖-搜狐新聞 .搜狐新聞[引用日期2020-10-08]
- 19. 嫦娥二號攜帶七大儀器 將來完成四大科學重任 .搜狐新聞[引用日期2015-07-21]
- 20. 葉培建, 黃江川, 張廷新, 等.嫦娥二號衞星技術成就與中國深空探測展望:中國科學:技術科學,2013:43: 467-477, doi: 10.1360/092013-229
- 21. 獲 獎 .中國科學院上海天文台[引用日期2020-11-16]
- 22. 嫦娥二號從172萬公里外深空傳回首批科學數據——中新網 .中新網[引用日期2020-10-08]
- 23. 人民日報海外版:中國中繼衞星已形成“家族”|衞星|航天器|嫦娥 .新浪網轉自人民日報[引用日期2020-10-08]
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