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日志

 
 

大陆探月飞行工程揭谜  

2007-09-21 11:39:30|  分类: 文章选读 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 “嫦娥”1期仍然是中国老一代航天人的遗产,而“嫦娥”2期则将是一个全新的世界。 

  2007年8月13日上午,中国空间技术研究院隆重举行“嫦娥1号”进场动员暨出征仪式,为即将奔赴西昌卫星发射中心执行发射任务的“嫦娥1号”试验队员鼓劲加油。 
 
  新华社通稿发出之后,一时间有关嫦娥工程的各种报道再次占据本港各媒体头条。《大公报》报道说,备受关注的中国绕月探测工程从8月10日起正式转入发射实施阶段。中国第一颗人造月球卫星“嫦娥1号”飞向38万千米以外的月球的时间日益临近。“这将与十七大一起成为中国今年下半年震动世界的大事。 


  时间应在10月下旬 

  2004年1月,中国正式批准绕月探测工程立项,将中国第一个月球探测工程命名为“嫦娥1号”工程。探月工程将成为中国航天事业中继“两弹一星”、载人飞船之后的第三个里程碑。” 

  根据中国探月工程总体规划,“嫦娥1号”卫星本已定于2007年发射,而去年年底“嫦娥1号”卫星出场时,中国绕月探测工程总指挥栾恩杰曾向媒体透露,“嫦娥1号”有可能于今年4月发射,后来为了确保“万无一失”而推迟。 

  国防科工委主任、绕月探测工程领导小组组长张云川表示,探月工程是一个完全自主创新的高新科技工程,是中国实施的第一次探月活动。经绕月探测工程领导小组批准,从8月10日开始,工程正式转入发射实施阶段。 

  据分析,由于日本将于9月13日发射selena月球探测卫星,而中日两国曾于6月8日在北京召开协调会议,讨论selena和“嫦娥1号”之间的通讯频率协调问题,因此中国的“嫦娥1号”,可能将在selena发射不久后升空。 

  根据探月航天的要求,必须在月球运行至其轨道近地点附近时将探测器发射升空,这也就意味着,在错过9月中旬的发射窗口之后,中国将很有可能选择在10月下旬的发射窗口发射。 

  据本港媒体引述消息人士透露,此次探月工程将作为“向十七大献礼”的重要工程,沿袭2003年中国首次载人航天的模式,当时在16届三中全会结束的第二天,中共中央总书记胡锦涛亲临酒泉卫星发射中心为杨利伟壮行。此次探月发射,也将采取“先开会,再上天”的模式。由于十七大定于10月15日在北京召开,因此“嫦娥1号”将很有可能于会议结束后的10月下旬发射。 


  成熟先进的卫星平台 

  总指挥栾恩杰此前表示,中国通过3年时间,依靠自己力量研制出“嫦娥1号”人造月球卫星和整个系统配套工程,这个研制速度与其他国家相比已非常快,大约有1万人参与这项工程。 

  尽管并列21世纪初中国航天事业的两大历史性工程,但“嫦娥”探月工程与“神舟”载人航天工程的规格还是有所区别。“神舟”载人航天工程由解放军总装备部负责牵头组织,而“嫦娥”工程则是由国防科工委组织。“神舟”计划中,太空人、地面指挥、维护、安全警卫等各个重要岗位都由现役军人担任,包括太空服系统、宇宙飞船系统等载人航天的重要子系统都是引进并“消化”的俄罗斯技术,而“嫦娥”工程则体现出更多的自主性和非军方特性。 

  首先,“嫦娥1号”卫星以“东方红3号”通信卫星平台为基础,由卫星平台和7类科学探测仪器组成,采用三轴稳定姿态控制,星箭分离后,卫星依靠自身动力多次变轨,经调相轨道、地月转移轨道后,最后进入高度200千米的极月圆轨道。 

  “东方红3号”卫星公用平台是目前中国经过飞行考验性能最好的地球静止轨道卫星平台。由于它可分为不同的舱段,平台服务分系统和有效载荷(通信舱)相对独立,具有较大的适应性,在一定的重量和功耗范围内可用于不同有效载荷的多种卫星。 

  在2000年发射了“鑫诺2号”(也以“东方红3号”卫星为平台发展而来)卫星之后,“东方红3号”卫星公用平台就成为了中国通用卫星平台的主力。近年来,“东3”平台的生产实现了批量化,具有较高的可靠性,另外也使卫星的研制周期缩短,性价比提高。实际上,中国目前在研的通信卫星都是基于这一平台。 

  “东方红3号”卫星有效载荷重量170千克,功率900W。根据中国科学家此前发表的论文称,通过采用平台设备的减重措施和提高电源分系统性能,就能使上述两项指标分别增加30%和13%左右,而在“东3”平台上采用砷化镓太阳电池以较大幅度提高供给有效载荷功率、提高寿命等可行性论证工作,都在进行之中。 

  为满足月球探测任务需要,“嫦娥1号”安装了多种探测仪器,这些仪器分别是光学成像探测系统(包括CCD相机和干涉成像光谱仪)、激光高度计、γ射线谱仪和X射线谱仪、微波辐射计、空间环境探测仪(包括一台太阳高能粒子探测器和一台低能离子探测器),其中: 


  1.CCD相机和激光高度计共同承担月球表面三维影像探测任务; 

  2.成像光谱仪、γ/ X射线仪共同承担月表化学元素与物质探测任务; 

  3.微波探测仪承担月壤厚度探测任务; 

  4.太阳高能粒子探测器和低能离子探测器共同进行地月空间环境探测。 


  其中最重要的任务为测绘月球表面三维影像。目前,仅有欧洲和美国掌握了月球表面的具体三维影像,在中国宣布将此作为月球探测的首要目标之后,美联社,CNN等海外媒体纷纷发表消息,标题大多为《中国将测绘月球的每一寸土壤》,并将此作为中国空间计划“雄心勃勃”的证据之一。 


  火箭是关键 

  “探月”是航天工业皇冠上的明珠,其难度甚至超过了载人航天。目前,人类探月项目的历史成功率是所有航天项目中最低的,仅为48%。 

  2004年,在中国成功实现载人航天并宣布将进行月球探测之后,国际航天观察人士表现出极大兴趣,纷纷出台分析报告。美国国会于2004年4月27日召开有关中国航天计划的听证会,曾经在NASA工作长达22年的美国国家广播公司航天科学顾问James 
Oberg做了主题演讲。他在接受本刊采访时表示,观察并分析中国的探月工程可以很好地分析中国的航天工业最新进展。 

  Oberg认为,对中国的探月工程来说,最重要的技术突破应该是火箭。 

  据探月工程总指挥栾恩杰介绍,“嫦娥1号”将选择以发射“东方红3号”平台为主的“长征3号甲”火箭,它此前9次发射9次成功,其中有7次是发射“东方红3号”平台。 

  为发射“嫦娥1号”卫星,火箭进行了多项适应性改进,特别是在可靠性工程上下了大功夫,多项关键环节采取了冗余设计。发射场系统选择中国发射地球同步轨道卫星的西昌卫星发射中心,为适应探月卫星的特点进行了多处改进,特别是在安全和可靠性上。 

  1994年2月8日,“长征3号甲”火箭首发飞行一箭两星发射成功,中国高轨道新运载火箭诞生。长征火箭地球同步转移轨道的运载能力提高到2600千克。同时,以“长征3号甲”火箭为芯级,捆绑4枚液体助推器形成的“长征3号乙”火箭和捆绑2枚助推器形成的“长征3号丙”火箭也相继研制成功,其标准地球同步转移轨道运载能力,分别达到5100千克和3800千克。它们的运载能力可以覆盖世界上大多数通信卫星的质量,并具有适应性好、继承性高、可靠性高等特点,是中国对内、对外高轨道卫星发射的主力。 

  根据设计,“嫦娥1号”的运行轨道近地点为200千米,远地点为51000千米,属于大椭圆轨道。火箭必须精确地将探测器送入预定轨道,才能准确完成预定探测任务。为满足探月卫星的特殊要求,“长征3号甲”火箭控制系统增加了单机和线路备份。 

  “长征3号甲”运载火箭是以中国运载火箭技术研究院为主体,历时8年研制的3级大型液体运载火箭。1986年2月,北京为加速发展中国的卫星通信事业,决定开展第2期卫星通信工程,并正式命名为“862”工程。 

  该工程的核心是“东方红3号”。当时,“东方红3号”是国内具有1980年代技术水平的最新通信卫星,其质量约2.2吨,“长征3号甲”火箭是与其配套的运载火箭。“长征3号甲”火箭在充分继承原有“长征”型号火箭成熟技术的基础上,采用百余项新技术,其中在研制中突破了氢氧发动机、四轴惯性平台、氢能源伺服机构、冷氦增压系统4大关键技术。 

  “嫦娥1号”工程副总设计师龙乐豪说,选择“长征3号甲”主要考虑到它是“长征”系列火箭家族中发射成功率最高的成员之一。该火箭拥有更灵活而先进的控制系统,可在星箭分离前对有效载荷进行大姿态调姿定向,并提供可调整的卫星起旋速率,具有很强适应性。它主要用于发射地球同步轨道有效载荷,同时兼顾低轨道和太阳同步轨道等其他轨道有效载荷的发射,也可进行一箭双星或多星发射。 

  届时,“嫦娥1号”发射时间的选择要考虑到光照、太阳入射角、测控条件和轨道限制等因素。发射后,卫星将用89天时间完成调相轨道段、地-月转移轨道段和环月轨道段飞行。在经过发射、飞行和进入预定轨道等程序后,如何将探测数据传回地面,是工程的技术难题。 

  而Oberg则表示,中国的火箭发射成功率一直领先各国,这一方面是因为中国火箭发射的总体难度要低于美俄(包括前苏联)两国,另一方面也因为中国的各型火箭都是从一种原型发展而来。“长征1号”,“长征2号”,“长征3号”系列火箭之间,都有明显的亲缘关系。 

  “长征3号”火箭是由“长征2号”火箭加装第3级火箭而来,而“长征3号甲”则是对第3级火箭进行现代化改进后的型号。在发射初始阶段,“长征2号”取得的经验和教训都可以用在“长征3号”的发射上,这也保证了“长征3号”的高成功率。 

  “长征3号”火箭的一级火箭直径3.35米,目前经过改进已经到了理论的推力极限。而中国新一代的运载火箭“长征5号”,按计划要到2012年左右投入服役。探月工程第一期的绕月工程对火箭推力的要求较小,目前技术已经成熟的“长征3号”尚可胜任,此后的二期登陆月球,三期返回地球,有效载荷都将远远大于此次的绕月探测,“长征3号”家族将必须让位给一级火箭直径达5米的大推力火箭“长征5号”——这也将是中国新一代与欧洲“阿丽亚娜5型”火箭同级别的大型火箭。 


  最后的“第一步” 

  在Oberg看来,将绕月探测作为中国深空探测的第一步是明智的选择,“用一枚成熟的火箭发射一颗成熟的卫星”,发射成功的可能性颇高。 

 (未完待续) 
  文 记者/胡贲 

(详细报道见《凤凰周刊》总第267期) 

 
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