嫦娥二號(hào)全程揭秘:“二姑娘”后期有望試驗(yàn)落月(2)

　　運(yùn)載火箭 “二姑娘”聯(lián)姻“老三”

　　嫦娥二號(hào)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師黃江川介紹，對(duì)于月球探測(cè)和深空探測(cè)的航天器來(lái)說(shuō)，其上天成本甚至是幾倍于同重量的黃金。因此，我國(guó)要想實(shí)現(xiàn)更大重量或者更遠(yuǎn)距離的空間探測(cè)，必須最充分地利用火箭的推力，減少衛(wèi)星燃料的消耗。

　　如果把嫦娥二號(hào)衛(wèi)星比作“嫦娥”家族“二姑娘”的話，那么長(zhǎng)三丙火箭就是長(zhǎng)三甲火箭家族的“老三”。嫦娥二號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射，實(shí)現(xiàn)了“二姑娘”和“三弟”的完美聯(lián)姻，可謂創(chuàng)造了中國(guó)航天器不同家族的傳世佳話。他們的這樁“婚姻”，還是探月專家們做的“媒”。

　　我國(guó)發(fā)射嫦娥一號(hào)衛(wèi)星使用的是長(zhǎng)三甲火箭，它是長(zhǎng)三甲火箭家族的“大哥”。嫦娥二號(hào)作為繞月探測(cè)二期工程的先導(dǎo)星，這就決定了此次發(fā)射任務(wù)承擔(dān)著為繞月探測(cè)二期工程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證的使命，再加上嫦娥二號(hào)的重量達(dá)到2480公斤，因此，無(wú)論是從軌道參數(shù)等技術(shù)要求還是從載重要求來(lái)說(shuō)，“長(zhǎng)三甲”都難以擔(dān)此重任。而“長(zhǎng)三乙”的載重量對(duì)于嫦娥二號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)而言，又是一種浪費(fèi)。在綜合了技術(shù)方面的新要求和保證經(jīng)濟(jì)性、節(jié)約經(jīng)費(fèi)開(kāi)支的雙重考慮之后，嫦娥二號(hào)的發(fā)射任務(wù)才正式交付到“長(zhǎng)三丙”的身上。“老三”的運(yùn)載能力比“老大”大一些，比“老二”小一些，用它發(fā)射嫦娥二號(hào)一點(diǎn)不“浪費(fèi)”。

　　“移動(dòng)靶”軌道確定難

　　地月轉(zhuǎn)移軌道的軌道設(shè)計(jì)要受到多方面因素的制約，其中主要包括火箭一級(jí)落區(qū)、測(cè)控覆蓋范圍和地月日三者之間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

　　我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射的火箭，火箭的殼體按規(guī)定要落在云南省特定的區(qū)域內(nèi)。在這個(gè)區(qū)域，已經(jīng)形成了發(fā)射時(shí)人員撤離的慣例，對(duì)地面人員的安全容易管理。這使火箭在一級(jí)飛行時(shí)的軌道沒(méi)有“自由發(fā)揮”的余地。

　　第二個(gè)因素是我國(guó)發(fā)射測(cè)控網(wǎng)的限制。測(cè)控網(wǎng)主要包括三個(gè)部分，一部分是我國(guó)陸上建設(shè)的測(cè)控站，另一部分是可以使用的外國(guó)陸上測(cè)控站，還有一部分就是測(cè)控船。火箭發(fā)射時(shí)，測(cè)控系統(tǒng)要對(duì)火箭進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)控。因此，其飛行軌道必須處于測(cè)控網(wǎng)覆蓋的范圍內(nèi)，這對(duì)一種新軌道的選擇形成了另一個(gè)很苛刻的限制。

　　第三個(gè)制約因素來(lái)自地月日的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。地月轉(zhuǎn)移軌道要求星箭分離時(shí)，衛(wèi)星必須處在奔月軌道的入口處，否則只有通過(guò)衛(wèi)星機(jī)動(dòng)的方式進(jìn)行軌道調(diào)整，違背了節(jié)省衛(wèi)星燃料的最基本要求。

　　“發(fā)射的時(shí)間不同，軌道的入口也不同，同時(shí)太陽(yáng)直射光線的角度也會(huì)發(fā)生變化。”長(zhǎng)三甲系列火箭設(shè)計(jì)師李聃介紹，“所以，必須嚴(yán)密考慮地月日三者之間的相互關(guān)系和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。相比于嫦娥一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射時(shí)的火箭飛行軌道，本次發(fā)射由‘固定靶’升級(jí)為‘移動(dòng)靶’，難度自然大大增加。”

　　運(yùn)行保障 衛(wèi)星兩面溫差300℃

　　嫦娥二號(hào)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師黃江川介紹，和嫦娥一號(hào)200公里軌道相比，100公里軌道上的熱流增加了20%～30%。嫦娥二號(hào)衛(wèi)星在100公里軌道上短期運(yùn)行后溫度升高了15℃左右。因此，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星的100公里軌道工作環(huán)境將面臨100℃左右的高溫。為了應(yīng)對(duì)如此高溫的“大烤”，技術(shù)人員采取了多個(gè)方面的有效措施。

　　月表的熱量主要來(lái)自太陽(yáng)光。但是，由于月表具有很強(qiáng)的反射性，所以嫦娥二號(hào)衛(wèi)星實(shí)際上面臨太陽(yáng)的炙烤和月表反射光的強(qiáng)烈照射。這也是100公里軌道處溫度高達(dá)100℃的主要原因。另外，月球上沒(méi)有空氣等作為熱傳導(dǎo)的介質(zhì)，因此衛(wèi)星上受到光線照射的部分溫度會(huì)很高，而沒(méi)有光線照射的地方會(huì)在零℃以下，衛(wèi)星的兩面可能相差300多℃。

　　對(duì)于衛(wèi)星內(nèi)部元器件來(lái)說(shuō)，0～20℃的溫度是最理想的工作溫度。那么如何在衛(wèi)星處于高溫區(qū)的時(shí)候把星內(nèi)溫度降下來(lái)呢？為了解決這個(gè)問(wèn)題，衛(wèi)星技術(shù)人員重新設(shè)計(jì)了熱控系統(tǒng)，對(duì)衛(wèi)星艙內(nèi)的熱交換系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和布局，衛(wèi)星受到照射的部分和沒(méi)有受到照射的部分之間能夠迅速實(shí)現(xiàn)熱交換，從而使其不至于高者過(guò)高、低者過(guò)低，而是維持一種平衡的狀態(tài)。

　　金銀外衣堪比空調(diào)

　　出現(xiàn)在電視或者照片上衛(wèi)星表面金光閃閃和銀光閃閃的發(fā)亮的東西，這些就是精心為嫦娥衛(wèi)星織的“嫁衣”。金光閃閃的衣服有著非常好的隔熱作用，不僅能夠防止衛(wèi)星熱量散失，而且可以阻止外部的熱量進(jìn)入衛(wèi)星內(nèi)部；而銀光閃閃的衣服有著非常好的散熱作用，能夠?qū)⑿l(wèi)星內(nèi)部產(chǎn)生的廢熱及時(shí)排散到外界空間中。這些金光閃閃和銀光閃閃的衣服組成了一個(gè)天然的空調(diào)系統(tǒng)。

　　衛(wèi)星熱控系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師向艷超介紹，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星表面的金光閃閃的衣服，是一層層比羽毛還輕的膜狀物和網(wǎng)狀物間隔拼疊而成，共有15層。采用這種方式制成的衣服在真空環(huán)境條件下具有很強(qiáng)的隔熱效果，起到保溫作用，其保溫效果足以和熱水瓶瓶膽的保溫效果相媲美。

　　銀光閃閃的衣服，是一層類(lèi)似鏡子一樣的膜，它具有很強(qiáng)的反射能力，能夠?qū)⑻��?yáng)光的85%左右反射掉；同時(shí)它還具有較強(qiáng)的散熱能力。因此如果衛(wèi)星艙內(nèi)溫度過(guò)高的時(shí)候，這層銀光閃閃的衣服就可以把熱量排散掉。

　　30度夾角保護(hù)帆板

　　太陽(yáng)翼是最直接接觸外部環(huán)境的衛(wèi)星部件。一般情況下，它總是保持太陽(yáng)光線能夠直射到太陽(yáng)翼上。工作狀態(tài)的衛(wèi)星基本上都是靠太陽(yáng)翼來(lái)供電的。

　　“但是，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星處在高溫環(huán)境中，太陽(yáng)光的持續(xù)直射，可能造成帆板溫度過(guò)高而失效。”衛(wèi)星GNC系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師戴居峰說(shuō)，國(guó)外已經(jīng)有探月衛(wèi)星因?yàn)樘��?yáng)翼失效而導(dǎo)致整星失蹤。

　　為了使嫦娥二號(hào)衛(wèi)星的太陽(yáng)翼帆板在高溫環(huán)境中保持良好的工作狀態(tài)，技術(shù)人員采用多種方法來(lái)保護(hù)帆板。首先是避開(kāi)太陽(yáng)直射，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)太陽(yáng)翼的時(shí)候使其和太陽(yáng)成30°夾角，而不是直接垂直于太陽(yáng)光線，這樣溫度就會(huì)大大降低。

　　另外，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星上的太陽(yáng)翼帆板可以進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到最佳的保護(hù)效果。衛(wèi)星上有一套軟件系統(tǒng)，在溫度達(dá)到一定的高度時(shí)，軟件可以支持衛(wèi)星讓帆板停轉(zhuǎn)，這時(shí)太陽(yáng)翼帆板會(huì)停留在和太陽(yáng)光成60°夾角的地方，帆板溫度就會(huì)降下來(lái)。

　　衛(wèi)星歸宿 嫦娥二號(hào)有三結(jié)局

　　嫦娥二號(hào)衛(wèi)星完成預(yù)計(jì)的試驗(yàn)驗(yàn)證和科學(xué)探測(cè)任務(wù)后，這位“二姑娘”將有怎樣的打算？嫦娥二號(hào)繞月探測(cè)衛(wèi)星的總設(shè)計(jì)師黃江川介紹了三種可能的結(jié)局。

　　黃江川表示，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星最后“受控撞月”是額外完成的任務(wù)，能如此“超額”完成任務(wù)，主要是因?yàn)樾l(wèi)星狀態(tài)依然良好且還剩有足夠的燃料，可以對(duì)其軌道進(jìn)行精確控制。

　　嫦娥二號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射將采用地月轉(zhuǎn)移軌道技術(shù)，火箭直接把衛(wèi)星送入奔月軌道，可以大大節(jié)省衛(wèi)星的燃料，因此如果各項(xiàng)任務(wù)順利的話，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星在完成半年的規(guī)定動(dòng)作后，仍會(huì)有相當(dāng)數(shù)量的燃料剩余，這令“二姑娘”同樣具備“超額”完成任務(wù)的潛質(zhì)。

　　我國(guó)探月工程管理部門(mén)、科學(xué)家和衛(wèi)星技術(shù)人員曾經(jīng)一起研討過(guò)“二姑娘”的最終命運(yùn)，大致形成了三種設(shè)想，但還沒(méi)有最終下定論。

　　一種意見(jiàn)是，可以根據(jù)衛(wèi)星在軌運(yùn)行的情況，結(jié)合我國(guó)探月工程的后續(xù)進(jìn)展，對(duì)嫦娥二號(hào)衛(wèi)星傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合研究，對(duì)月球做補(bǔ)充探測(cè)，最終可以考慮衛(wèi)星落月，這將為“嫦娥三號(hào)”等后續(xù)任務(wù)提供技術(shù)驗(yàn)證。

　　第二種設(shè)想是讓她“遠(yuǎn)嫁”他方，驗(yàn)證我國(guó)更遠(yuǎn)宇宙空間的深空探測(cè)能力，讓衛(wèi)星飛出地月環(huán)境，飛向更遠(yuǎn)的太空。

　　第三種設(shè)想是讓她回“娘家”，即讓她沿著月地轉(zhuǎn)移軌道，飛回地球并成為地球衛(wèi)星。

　　“最終采用哪種方式，還要看前期主任務(wù)執(zhí)行情況以及衛(wèi)星的狀態(tài)和能力。到時(shí)候各方專家肯定會(huì)匯集到一起，共同研究，決定‘二姑娘’的終極命運(yùn)。但我相信一個(gè)最起碼的思路是，會(huì)為衛(wèi)星選擇一個(gè)最具意義、可利用價(jià)值最大的歸宿。”黃江川認(rèn)為，把衛(wèi)星的命運(yùn)放在整個(gè)探月工程及未來(lái)深空探測(cè)需求中可能是最合適的選擇。(記者李鐵錚 特約記者陳全育 索阿娣 楊艷 胡永富)