嫦娥二号 深空演绎惊艳之旅

文章来源:中国航天报 发布时间:2013-01-23
  ——嫦娥二号卫星超额完成多目标多任务探测记

  嫦娥二号卫星有足够多的成就可以载入史册:


  开辟了奔月时间短、卫星燃料消耗少的直接奔月轨道,首次获得7米分辨率的全月球立体影像图;

  成功从绕月轨道转移至环绕日地拉格朗日L2点轨道,使中国成为继美、欧之后第三个实现在日地拉格朗日L2点开展空间探测的国家;

  在国际上首次实现与图塔蒂斯小行星擦身而过并拍摄下高清晰影像,使中国成为继美、欧、日之后第四个实现探测小行星的国家;

  开辟了我国航天活动利用一次发射,开展月球、日地拉格朗日L2点、小行星等多目标、多任务探测的先河;

  突破距地飞行1000万公里的最远距离,验证了我国深空探测体系……

  新年伊始,在中共中央、国务院举行的2012年度国家科学技术奖励大会上传来喜讯:嫦娥二号工程一举摘取了最高奖项的桂冠——国家科学技术进步奖特等奖。这无疑是对嫦娥二号卫星惊艳的太空之旅的最好肯定。


  两个“两年” 造就辉煌

  嫦娥二号任务全过程解析

  自2010年10月1日成功实施发射以来,由中国航天科技集团公司抓总研制的嫦娥二号卫星圆满完成了既定的六大工程目标和四大科学探测任务,并于半年设计寿命期满后,先后完成了补拍月球南北两极漏拍点、对嫦娥三号预选着陆区再进行高清晰成像等两项拓展试验,日地拉格朗日L2点探测,和4179图塔蒂斯小行星飞越探测等多项高难度“附加动作”。嫦娥二号卫星的前世今生基本可以浓缩到两个两年里。

  第一个两年是嫦娥二号卫星的孕育期。从任务设计开始,历经方案、初样、正样和发射实施阶段,先后仅用了两年多时间。这一阶段,嫦娥二号卫星研制团队面临着诸多困难和挑战。

  首先是要在两年左右的时间内,完成系统设计、技术攻关、产品研制、系统集成与测试以及卫星发射等全部工作,这是一个非常严格的时间表,任何一个环节“掉链子”或者拖后腿都会令整个计划捉襟见肘。再加上卫星研制过程中还面临着很多新技术、新设备和新状态,使得各项任务跨阶段交叉、研制并行开展,工作头绪纷繁复杂。

  同时,为实现工程目标、完成技术验证和科学探测任务而装载的诸多关键产品,在系统设计和产品研制过程中突破的诸多关键技术,以及在飞行过程中面临的诸多关键事件,都进一步加剧了研制的难度。

  但这些困难都没有让研制队伍却步,各项任务紧张有序地推进。2010年10月1日,嫦娥二号卫星如约踏上了探月之旅。至此,嫦娥二号卫星的太空之旅正式拉开了帷幕。

  在6个月的指标规定寿命期内,嫦娥二号圆满完成了既定的工程验证和科学探测任务。由于发射零窗口及控制精准,节省了大量推进剂,再加上设计余量,嫦娥二号卫星就像一个涉世未深的小伙子,身强力壮,事业上也刚刚崭露头角,正跃跃欲试想要在更广阔的领域谋求更大作为。

  2011年6月初,经过两次精确加速,嫦娥二号卫星飞离月球,飞往日地拉格朗日L2点。两个月后,卫星成功抵达日地拉格朗日L2点,并开展了10个月的科学探测,填补了我国在地球远磁尾区域的离子能谱、太阳耀斑爆发和宇宙伽玛爆等科学探测领域的空白。我国成为继美、欧之后第三个实现在日地拉格朗日L2点开展空间探测的国家。

  2012年4月,嫦娥二号成功进行了L2点离轨控制,进入行星际飞行,期间共实施了4次中途修正,于2012年12月13日逼近4179图塔蒂斯小行星,最近交会距离不到3.2公里,在国际上首次近距离获取到目标小行星光学图像数据,最高分辨率优于3米。我国成为继美、欧、日之后第四个实施小行星探测的国家。

  经过一连串转战,嫦娥二号卫星实现了具有国际特色和水准的多目标、多任务探测,取得了“好、快、省”的突出实效。

  太空“长征” 困难重重

  深空探测重点难点剖析


  2013年1月5日23点46分,超期服役近两年的嫦娥二号卫星已经飞行了1000万公里,这是中国航天器迄今为止到达的最远距离。

  短短两年间,从距地球38万公里外的月球,到150万公里远的日地拉格朗日L2点,到700万公里外的小行星,再到突破距地1000万公里的最远距离,嫦娥二号卫星在不断创造并刷新“中国高度”的同时,开创了中国航天一次发射就完成月球、日地拉格朗日L2点、小行星等多目标、多任务探测的先河,并使中国成为国际上第三个飞至日地拉格朗日L2点、第四个开展小行星探测的国家。

  相较于返回地球和受控落月两种备选方案,飞离月球、远赴深空这一归宿,对于嫦娥二号卫星及其团队而言,无疑是最具风险也是最有价值的方案。而其间,又以小行星探测难度最高、给人们带来的意外之喜最大。

  依据交会时间、交会星地距离、速度增量、小行星亮度等约束条件,在已知的60多万颗小行星中,素有“战神”之称的图塔蒂斯小行星被确定为嫦娥二号拓展试验探测目标。这颗近地小行星因运行时与地球距离近,被美国宇航局列入“潜在危险小行星名单”。

  那么,为什么说小行星探测难度最高?试想,地球在动,小行星在动,嫦娥二号也在动,而且运动速度基本都在每秒几十公里,运行方向还各不一样。而小行星的直径只有4公里左右,要让一颗几米见方的卫星准确飞行700万公里,在距离小行星两三公里的地方飞过,还不能撞到小行星,并要获取探测资料,难度可想而知。

  为此,有人打了个形象的比方,更直观地说明此次小行星探测的难度。如果把所有数字缩小1000倍左右,就相当于两辆相距7000公里、高速飞奔的汽车,让其中一辆向另外一辆开枪,要求子弹在距离另外一辆车3米的地方飞过,不能打到对方,也不能距离太远。虽然这颗子弹可以受控,但子弹飞出去的距离太过遥远,而且用来控制的燃料非常有限,同时另一辆车的行驶轨迹和相对位置还需要准确预测。

  由此可见,此次再拓展任务能否成功,关键取决于两个方面的准确性:一是嫦娥二号卫星的远距离测控能否精准,二是图塔蒂斯小行星轨道能否预测精准。

  一方面,卫星远距离“接收并执行指令”极大地考验着我国深空测控能力和水平。在行星际空间,嫦娥二号的每一步迈进都面临着巨大的风险和挑战。为确保对其进行有效测控,我国喀什35米和佳木斯66米两个大型深空测控站加紧建设,上海65米甚长线射电干涉测量站也加速研制,并都在2012年10月投入使用。至此,我国深空测控网正式建成。

  另一方面,小行星轨道预测考量科学实力。工程总体组织地面应用系统及有关单位,集中国内外多台天文光学望远镜,多家天文台联合攻关,对图塔蒂斯小行星的运行轨道进行了连续精确测定。

  于是便有了嫦娥二号卫星成功飞越战神小行星并为其拍照留念的精彩一幕。



嫦娥二号进行测试

  “姑娘”在外 心必系之


  是什么支撑嫦娥二号越走越远


  在嫦娥二号卫星总设计师黄江川看来,嫦娥二号卫星之所以能取得巨大的成功,带给国人这么多的意外惊喜,追根溯源,可以用4个词概括:努力、能力、和谐和运气。

  努力是成功的必要条件,虽然努力并不等于成功,但是不努力就难以成功。嫦娥二号卫星团队成员的努力从来就没有放松过,在研制发射阶段是如此,在执行绕月探测的“规定动作”时是如此,在挑战各项拓展探测的“自选动作”时更是如此。正是在他们不懈的追求和努力下,创新思维、精心设计、全面验证、稳妥实施,嫦娥二号的每一步才走得这么顺利。

  要干出一番成绩,自己要有本事。从嫦娥一号的备份星到探月二期的先导星,嫦娥二号卫星在继承和创新的“平衡木”上完成了一整套高难度动作。成熟的东西要保留,创新的部分要先进、更要可靠,二者兼而有之,不能有任何偏废,这样才能保证上天的产品更加“皮实”且更加智能。

  和谐的团队氛围是一切成绩的基础。从“襁褓之中”到“大展宏图”,在嫦娥二号漫长的星际旅途中,各个合作单位之间、各个分系统之间、各个团队成员之间,始终都保持着一种高效、融洽的氛围,大家有问题一起协商、有困难一起解决、有快乐一起分享、有责任一起承担。

  谈到运气,黄江川说,他们对于探测成功胸有成竹,但是小行星运行轨道预测得如此之准、嫦娥二号卫星控制得如此完美、成像质量如此之高,都远远超出了他们的预期。他不禁感慨:“简直太完美了,探测结果超出我们预期几百倍的好!”

  嫦娥二号的成功之道或许还可以总结加入“魄力”一词。好的材料还要敢于大刀阔斧地进行精雕细琢,敢想敢干才能成就一番大事业。嫦娥二号卫星研制团队成员们骨子里就有这样一份魄力:要做就做最好的、要干就干最难的、要玩就玩最刺激的。最可怕的不是败给了困难,而是没有攻坚克难的勇气和信心,对于科技工作者而言,这样一份永不服输的精神和勇于挑战的斗志,才是最难能可贵的。

  其实,早在嫦娥二号卫星既定的绕月探测任务圆满完成之后,研制团队中的很多成员已转到其他型号的研制任务之中,留下来陪伴嫦娥二号卫星远行的只剩寥寥数人。

  “别看我们人手不多,但都是精兵强将,而且在队伍组成上也特别讲究。”黄江川不无自豪地向记者介绍。谈起自己的团队,他的幸福感和满足感满满地写在了脸上。

  叶培建院士,40后,被公认为团队中的“老老总”,也是嫦娥二号卫星团队成员中的幕后重量级人物;

  张廷新,50后,嫦娥二号卫星总指挥,同时承担着嫦娥二号绕月探测及拓展和嫦娥三号落月等重要任务;

  黄江川,60后,嫦娥二号卫星总设计师,大管家,无论是卫星还是队员们有什么情况全逃不过他;

  饶伟和王晓磊,都是70后,嫦娥二号卫星副总设计师,在执行嫦娥二号拓展任务期间,还转战在多个型号、多条战线;

  孟林智,80后,嫦娥二号卫星主任设计师,主力研制团队中最小的成员,也是少见的没有跨型号、没有做“兼职”的团队成员,一心一意地扑在了嫦娥二号各项任务之中……

  年龄跨度近50年的团队成员,面对未知的行星际空间探测,互相启发、完美配合,与嫦娥二号卫星一起迎接挑战。

  在孟林智这位80后主任设计师的眼里,嫦娥二号团队最能留人的地方在于“快乐成功”,这是团队一直都在践行的理念。用他们的话说,不光要追求成功,还要保证快乐。在他们那里,自己献身的航天事业不仅有意义而且有意思,团队的艰辛研制史甚至可以改编成一部快乐史,一改航天人在公众心目中“苦哈哈”的形象。采访中,王晓磊还不忘笑嘻嘻地调侃着:“所谓‘快乐成功’,就是大家负责收获成功,我负责制造快乐。”

  “嫦娥‘二姑娘’是我们的心头肉,既然她选择了远行,我们就不牵绊、不束缚,尽己所能助她一路走好,恨不得让她每一步都能走得精彩、技惊四座。”黄江川告诉记者,虽然已经超期服役21个月,但嫦娥二号卫星目前的各项状态依然良好,交给她的所有拓展探测任务也都“超圆满”完成,剩下的就看她愿意走多远、想要走多久。1000万公里的纪录已经属于昨天,此刻,“二姑娘”仍在远航,明天,她或许会为人们带来更大的惊喜。(刘斐)



嫦娥二号在发射场被合上“盖头”