8月25日23时27分,“嫦娥二号”经过77天的飞行,在世界上首次实现从月球轨道出发,受控准确进入距离地球约150万公里的拉格朗日L2点环绕轨道。奔月难,奔向150万公里深空更难。嫦娥二号卫星奔赴L2点的这次旅程,无疑是中国航天史上距离最远的一次“跨越”。在这背后,有多少前所未有的困难?
轨道设计须兼顾
日、地、月三大引力场
对地球卫星而言,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。而这次轨道设计,除地、月外,还必须兼顾考虑太阳的引力场。从4月1日“嫦娥二号”圆满完成既定任务,到6月9日飞离月球、奔向深空,需要在短短两个月时间内设计出全新的轨道方案,这是个很大的挑战。
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。因此整个飞行轨道都必须经过精确的规划和设计。
此外L2点是个不稳定点,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。
测控能力几至极限
L2点轨道的最远端离地球大约有172万公里的距离,这使测控通信的难度大大增加,几乎要把现有测控系统的能力挖掘到极限。观测延时由绕月时的5秒延长到约30秒,尽管星上设备发射功率已开到最大,信号仍近乎衰竭。
以前地面天线采用自动跟踪方式,通过接收卫星信号,自动跟随卫星转动。现在信号太弱,自动跟踪已经不可靠,研究人员改用数字引导方式,从地面预报卫星位置,控制天线进行精确跟踪。
此外,研究人员也对相关系统和软件进行了升级改造。
飞得比汽车还慢
从地球到月球,“嫦娥二号”用了112小时,而从月球到达L2点,它却用了77天。
“嫦娥二号”进入月球轨道时,速度达到每秒11公里,而飞往L2点途中,卫星速度最低时仅为每秒31米左右,比高速公路上的汽车还慢。
为了节省燃料,测控系统选择了让“嫦娥二号”低速飞行,因为速度越快,“刹车”时的消耗就越大。
不过从目前来看,“嫦娥二号”暂无“断炊”之忧。科学家表示,卫星在L2点轨道绕飞到明年年底,需要每秒96米的速度,而剩余的有效燃料可供卫星达到每秒130米的速度,尚有一定余量。
设备超期服役面临考验
“嫦娥二号”的设计寿命只有半年,现在早已超过,而且未来还将工作一年多时间,这对卫星仪器设备的可靠性、实际能力都将是一个考验。
卫星发射前,测控系统已制定了104项故障预案。研究人员针对卫星测控距离远、超期服役等特点,也已准备了新的对策。
(综合新华社、《科技日报》)