嫦娥二號全程揭秘:“二姑娘”后期有望試驗落月(2)

　　運載火箭 “二姑娘”聯姻“老三”

　　嫦娥二號衛星總設計師黃江川介紹，對于月球探測和深空探測的航天器來說，其上天成本甚至是幾倍于同重量的黃金。因此，我國要想實現更大重量或者更遠距離的空間探測，必須最充分地利用火箭的推力，減少衛星燃料的消耗。

　　如果把嫦娥二號衛星比作“嫦娥”家族“二姑娘”的話，那么長三丙火箭就是長三甲火箭家族的“老三”。嫦娥二號衛星的發射，實現了“二姑娘”和“三弟”的完美聯姻，可謂創造了中國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”。

　　我國發射嫦娥一號衛星使用的是長三甲火箭，它是長三甲火箭家族的“大哥”。嫦娥二號作為繞月探測二期工程的先導星，這就決定了此次發射任務承擔著為繞月探測二期工程中的關鍵技術進行驗證的使命，再加上嫦娥二號的重量達到2480公斤，因此，無論是從軌道參數等技術要求還是從載重要求來說，“長三甲”都難以擔此重任。而“長三乙”的載重量對于嫦娥二號衛星的發射任務而言，又是一種浪費。在綜合了技術方面的新要求和保證經濟性、節約經費開支的雙重考慮之后，嫦娥二號的發射任務才正式交付到“長三丙”的身上。“老三”的運載能力比“老大”大一些，比“老二”小一些，用它發射嫦娥二號一點不“浪費”。

　　“移動靶”軌道確定難

　　地月轉移軌道的軌道設計要受到多方面因素的制約，其中主要包括火箭一級落區、測控覆蓋范圍和地月日三者之間的運動規律。

　　我國在西昌衛星發射中心發射的火箭，火箭的殼體按規定要落在云南省特定的區域內。在這個區域，已經形成了發射時人員撤離的慣例，對地面人員的安全容易管理。這使火箭在一級飛行時的軌道沒有“自由發揮”的余地。

　　第二個因素是我國發射測控網的限制。測控網主要包括三個部分，一部分是我國陸上建設的測控站，另一部分是可以使用的外國陸上測控站，還有一部分就是測控船。火箭發射時，測控系統要對火箭進行實時測控。因此，其飛行軌道必須處于測控網覆蓋的范圍內，這對一種新軌道的選擇形成了另一個很苛刻的限制。

　　第三個制約因素來自地月日的運動規律。地月轉移軌道要求星箭分離時，衛星必須處在奔月軌道的入口處，否則只有通過衛星機動的方式進行軌道調整，違背了節省衛星燃料的最基本要求。

　　“發射的時間不同，軌道的入口也不同，同時太陽直射光線的角度也會發生變化。”長三甲系列火箭設計師李聃介紹，“所以，必須嚴密考慮地月日三者之間的相互關系和運動規律。相比于嫦娥一號衛星發射時的火箭飛行軌道，本次發射由‘固定靶’升級為‘移動靶’，難度自然大大增加。”

　　運行保障 衛星兩面溫差300℃

　　嫦娥二號衛星總設計師黃江川介紹，和嫦娥一號200公里軌道相比，100公里軌道上的熱流增加了20%～30%。嫦娥二號衛星在100公里軌道上短期運行后溫度升高了15℃左右。因此，嫦娥二號衛星的100公里軌道工作環境將面臨100℃左右的高溫。為了應對如此高溫的“大烤”，技術人員采取了多個方面的有效措施。

　　月表的熱量主要來自太陽光。但是，由于月表具有很強的反射性，所以嫦娥二號衛星實際上面臨太陽的炙烤和月表反射光的強烈照射。這也是100公里軌道處溫度高達100℃的主要原因。另外，月球上沒有空氣等作為熱傳導的介質，因此衛星上受到光線照射的部分溫度會很高，而沒有光線照射的地方會在零℃以下，衛星的兩面可能相差300多℃。

　　對于衛星內部元器件來說，0～20℃的溫度是最理想的工作溫度。那么如何在衛星處于高溫區的時候把星內溫度降下來呢？為了解決這個問題，衛星技術人員重新設計了熱控系統，對衛星艙內的熱交換系統進行了重新設計和布局，衛星受到照射的部分和沒有受到照射的部分之間能夠迅速實現熱交換，從而使其不至于高者過高、低者過低，而是維持一種平衡的狀態。

　　金銀外衣堪比空調

　　出現在電視或者照片上衛星表面金光閃閃和銀光閃閃的發亮的東西，這些就是精心為嫦娥衛星織的“嫁衣”。金光閃閃的衣服有著非常好的隔熱作用，不僅能夠防止衛星熱量散失，而且可以阻止外部的熱量進入衛星內部；而銀光閃閃的衣服有著非常好的散熱作用，能夠將衛星內部產生的廢熱及時排散到外界空間中。這些金光閃閃和銀光閃閃的衣服組成了一個天然的空調系統。

　　衛星熱控系統主任設計師向艷超介紹，嫦娥二號衛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境條件下具有很強的隔熱效果，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，是一層類似鏡子一樣的膜，它具有很強的反射能力，能夠將太陽光的85%左右反射掉；同時它還具有較強的散熱能力。因此如果衛星艙內溫度過高的時候，這層銀光閃閃的衣服就可以把熱量排散掉。

　　30度夾角保護帆板

　　太陽翼是最直接接觸外部環境的衛星部件。一般情況下，它總是保持太陽光線能夠直射到太陽翼上。工作狀態的衛星基本上都是靠太陽翼來供電的。

　　“但是，嫦娥二號衛星處在高溫環境中，太陽光的持續直射，可能造成帆板溫度過高而失效。”衛星GNC系統主任設計師戴居峰說，國外已經有探月衛星因為太陽翼失效而導致整星失蹤。

　　為了使嫦娥二號衛星的太陽翼帆板在高溫環境中保持良好的工作狀態，技術人員采用多種方法來保護帆板。首先是避開太陽直射，設計人員設計太陽翼的時候使其和太陽成30°夾角，而不是直接垂直于太陽光線，這樣溫度就會大大降低。

　　另外，嫦娥二號衛星上的太陽翼帆板可以進行任意角度的旋轉，以達到最佳的保護效果。衛星上有一套軟件系統，在溫度達到一定的高度時，軟件可以支持衛星讓帆板停轉，這時太陽翼帆板會停留在和太陽光成60°夾角的地方，帆板溫度就會降下來。

　　衛星歸宿 嫦娥二號有三結局

　　嫦娥二號衛星完成預計的試驗驗證和科學探測任務后，這位“二姑娘”將有怎樣的打算？嫦娥二號繞月探測衛星的總設計師黃江川介紹了三種可能的結局。

　　黃江川表示，嫦娥一號衛星最后“受控撞月”是額外完成的任務，能如此“超額”完成任務，主要是因為衛星狀態依然良好且還剩有足夠的燃料，可以對其軌道進行精確控制。

　　嫦娥二號衛星的發射將采用地月轉移軌道技術，火箭直接把衛星送入奔月軌道，可以大大節省衛星的燃料，因此如果各項任務順利的話，嫦娥二號衛星在完成半年的規定動作后，仍會有相當數量的燃料剩余，這令“二姑娘”同樣具備“超額”完成任務的潛質。

　　我國探月工程管理部門、科學家和衛星技術人員曾經一起研討過“二姑娘”的最終命運，大致形成了三種設想，但還沒有最終下定論。

　　一種意見是，可以根據衛星在軌運行的情況，結合我國探月工程的后續進展，對嫦娥二號衛星傳回的數據進行綜合研究，對月球做補充探測，最終可以考慮衛星落月，這將為“嫦娥三號”等后續任務提供技術驗證。

　　第二種設想是讓她“遠嫁”他方，驗證我國更遠宇宙空間的深空探測能力，讓衛星飛出地月環境，飛向更遠的太空。

　　第三種設想是讓她回“娘家”，即讓她沿著月地轉移軌道，飛回地球并成為地球衛星。

　　“最終采用哪種方式，還要看前期主任務執行情況以及衛星的狀態和能力。到時候各方專家肯定會匯集到一起，共同研究，決定‘二姑娘’的終極命運。但我相信一個最起碼的思路是，會為衛星選擇一個最具意義、可利用價值最大的歸宿。”黃江川認為，把衛星的命運放在整個探月工程及未來深空探測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)