探月工程專家解析“嫦娥二號”遠征難點

　　奔月難，奔向150萬公里深空更難。嫦娥二號衛星奔赴拉格朗日L2點（以下簡稱L2點）的這次旅程，無疑是中國航天史上距離最遠的一次“跨越”。在這背后，有多少前所未有的困難？

　　近日，專家對“嫦娥二號”此次遠征遇到的難點進行了解析。

　　“從4月1日‘嫦娥二號’圓滿完成既定任務，到6月9日飛離月球、奔向深空，需要短短兩個月時間內設計出全新的軌道方案，這是個很大的挑戰。”嫦娥二號衛星主任設計師黃昊說。

　　此項軌道設計的復雜程度也大大提高。

　　“首先，這是個復雜的多天體引力場軌道設計。”他說，對于地球衛星而言，軌道設計時只涉及一個引力場，即地球；月球探測衛星的軌道，則要考慮地球和月球兩個引力場，以及其間的拼接過程。而這次軌道設計，除地、月外，還必須兼顧考慮太陽的引力場。

　　同時黃昊表示，L2點非常敏感，對衛星入軌時的位置、速度要求非常高，稍有偏差就會出現失誤，導致衛星飛向更遠的深空，或是飛回地球。因此整個飛行軌道都必須經過精確的規劃和設計。

　　此外他還介紹說，L2點是個不穩定點，在環繞飛行階段，衛星只要受到任何一點擾動都可能會漂離，這也給軌道設計精度提出了更高要求，同時也可能面臨多次軌道修正。

　　“L2點軌道的最遠端離地球大約有172萬公里的距離，這使測控通信的難度大大增加，幾乎把能力挖掘到極限。”“嫦娥二號”任務測控系統副總設計師周建亮說。

　　同時他表示，衛星已經經過了最遠端，測控系統成功經受了最大距離的考驗。

　　周建亮介紹說，當衛星到達距地球170多萬公里的地方時，觀測延時由繞月時的5秒延長到約30秒，盡管星上設備發射功率已開到最大，信號仍近乎衰竭。

　　對此，測控系統采取了多種應對措施。

　　周建亮說，以前地面天線采用自動跟蹤方式，通過接收衛星信號，自動跟隨衛星轉動。“現在信號太弱，自動跟蹤已經不可靠，于是我們改用數字引導方式，從地面預報衛星位置，控制天線進行精確跟蹤。”

　　此外，研究人員也對相關系統和軟件進行了升級改造。

　　“后續我們還有一些手段，比如降低碼速率、改變編碼方式等，還能進一步提高測控通信能力。”周建亮說。

　　從地球到月球，“嫦娥二號”用了112小時，而從月球到達L2點，它卻用了77天。

　　“到達L2點選擇有很多，但考慮到衛星所剩燃料有限，最終選擇了一條消耗能量最低的軌道。”周建亮說。

　　他介紹說，“嫦娥二號”進入月球軌道時，速度達到每秒11公里，而飛往L2點途中，衛星速度最低時僅為每秒31米左右，比高速公路上的汽車還慢。

　　“衛星設計之初，并未考慮到要執行這樣的任務，現在剩余的燃料，都是因前期的精準控制而節省出來的。”周建亮說。

　　據介紹，零窗口發射、精準的測控，使衛星節省了大量燃料。就在飛往L2點的過程中，原計劃實施3至4次軌道中途修正，也因高精度的控制而節省，僅于6月20日實施了一次就達到了預期目標。

　　為了節省燃料，測控系統選擇了讓“嫦娥二號”低速飛行，因為速度越快，“剎車”時的消耗就越大。

　　不過從目前來看，“嫦娥二號”暫無“斷炊”之憂。周建亮表示，衛星在L2點軌道繞飛到明年年底，需要每秒96米的速度，而剩余的有效燃料可供衛星達到每秒130米的速度，尚有一定余量。

　　“‘嫦娥二號’的設計壽命只有半年，現在早已超過，而且未來還將工作一年多時間，這對衛星儀器設備的可靠性、實際能力都將是一個考驗。”黃昊說。

　　周建亮介紹說，該衛星發射前，測控系統已制定了104項故障預案。現在針對衛星測控距離遠、超期服役等特點，也已準備了新的對策。

　　“‘嫦娥二號’飛往日地L2點，可以說是我國航天領域的又一個重大跨越，成為世界首個直接從月球軌道飛赴日地L2點的航天器，標志著我們在軌道設計、飛行控制、測控、通信方面的技術有了突破，也是我們國家第一次進行一次發射、執行多個任務、多個目標深空探測的一次有益嘗試。”探月工程副總指揮吳志堅說。