护送“嫦娥”奔月的力量
150万公里以外的L2点,中国的卫星从未造访过,最突出的难点之一就是燃料,只有轨道设计精准、测定轨道准确、飞行控制精确,才能节省大量燃料。
“对于月球探测和深空探测的航天器来说,其上天成本甚至是几倍于同重量的黄金。”在嫦娥二号卫星系统总设计师黄江川看来,我国要想实现更大重量或者更远距离的空间探测,必须最充分地利用火箭推力,减少卫星燃料的消耗。这其中完美的轨道设计功不可没。
早在嫦娥二号卫星任务实施前,以黄江川为代表的研制队伍就将目光投向更远的深空。卫星与火箭两大系统的有关专家互相配合,携手合作。经过反复核算,最终采用地月转移轨道,为“嫦娥奔月”打造了一架快捷方便的“直达天梯”。相比于嫦娥一号卫星,嫦娥二号卫星的奔月时间缩短了近一半,大大节省了卫星燃料,为嫦娥二号卫星完美地完成从40万公里到150万公里的跨越奠定了基础。
低能耗轨道:解决“断炊”之忧
嫦娥二号卫星飞往L2点是我国航天领域的又一重大跨越。从工程技术方面来讲,从月球轨道飞往L2点,标志着我国在轨道设计、飞行控制、测控、通信方面的技术有了新突破,成为继美国、欧空局之后第三个在这点上进行空间探测的国家或组织,也是我国第一次进行一次发射、执行多个任务、开展多个目标探测的尝试。
为使嫦娥二号卫星顺利到达L2点,卫星设计人员精心进行了轨道设计。
“从4月1日嫦娥二号卫星圆满完成既定任务到6月9日飞离月球、奔向深空,只有短短两个多月时间,要设计出全新的轨道方案,这是个很大的挑战。”中国空间技术研究院嫦娥二号卫星主任设计师黄昊说,原因主要是轨道设计的复杂程度大大提高。
这是个复杂的多天体引力场轨道设计。对于地球卫星而言,轨道设计时只涉及一个引力场,即地球;月球探测卫星的轨道,则要考虑地球和月球两个引力场,以及其间的拼接过程。这次轨道设计,除地、月外,还必须兼顾考虑太阳的引力场。同时,L2点非常敏感,对卫星入轨时的位置、速度要求非常高,稍有偏差就会出现失误,导致卫星飞向更远的深空,或是飞回地球。此外,这是个不稳定点,在环绕飞行阶段,卫星只要受到任何一点扰动都可能会漂离,这也给轨道设计精度提出了更高要求,同时也可能面临多次轨道修正。因此整个飞行轨道都必须经过精确的规划和设计。
在兼顾日、地、月三大引力场,并考虑到卫星所剩燃料有限等因素,卫星设计人员最终选择了一条消耗能力最低的轨道。
轨道设计好了,精准的飞行控制也很重要。在奔赴L2点的漫漫旅途中,只要有一点控制不好,哪怕产生每秒一两米的误差,嫦娥二号卫星的命运就会大大改变:或者出不了月球,或者飞往地球,或者飞往更远的深空。
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