卫星系统:月亮上的一抹亮色

□ 本刊记者 任 旼

“嫦娥二号”是以“嫦娥一号”卫星的备份星为基础进行研制的，其主要任务是为探月工程二期进行前期工程验证和探测，是二期的“探路者”。与“嫦娥一号”卫星相比，“嫦娥二号”卫星将由长征三号丙运载火箭发射至近地点高度200公里、远地点高度约38万公里的地月转移轨道。卫星与火箭分离后，在地面测控支持下，经中途修正，在近月点自主实施制动，实现月球捕获，变轨后进入100公里环月圆轨道。在环月运行期间，卫星将择机实施轨道机动，进入100公里×15公里的椭圆轨道，开展技术验证和二期工程备选着陆区成像试验；试验完成后，返回100公里环月圆轨道，开展月球科学探测。

作为二期工程的先导星，“嫦娥二号”卫星主要是用以试验、验证探月工程二期部分关键技术，深化月球科学探测目标。在飞行任务期间，“嫦娥二号”卫星将开展六大技术验证：一是配合运载火箭验证地月转移轨道直接发射技术；二是验证距月面100公里近月制动的月球轨道捕获技术；三是验证100公里×15公里轨道机动与飞行技术；四是对二期工程的备选着陆区进行高分辨率成像试验；五是搭载轻小型化X频段深空应答机，配合我国新建的X频段地面测控站，试验X频段测控技术；六是试验遥测信道低密度奇偶校验码（LDPC）编码技术，月地高速数据传输技术及降落相机技术。这六大技术验证，将为我们进一步了解月球表面环境，把握深空探测技术发展规律，有效降低探月二期工程风险，提供有益的借鉴。

“嫦娥二号”卫星和“嫦娥一号”卫星相比，有四个方面变化。首先，“嫦娥二号”在奔月轨道和环月运行轨道上不同于“嫦娥一号”。其将直接由运载火箭送至地月转移轨道进行奔月，这样既可以更好地节约卫星所携带的燃料，同时也可以缩短卫星到达月球的时间。在环月运行轨道上，“嫦娥二号”主要运行在100公里的圆轨道和近月点15公里、远月点100公里的椭圆轨道上，这样便可以更好地探测月球表面环境，验证“嫦娥三号”关键技术，并对“嫦娥三号”备选着陆区进行高分辨率成像。其次，对有效载荷进行了较大调整和完善。“嫦娥二号”取消了原三线阵立体相机和成像光谱仪，新增了高分辨率CCD相机，第三，新增了技术验证分系统，包括X波段测控子系统、视频子系统及数据处理单元三部分，主要用于实现星地X频段测控体制验证，并试验降落相机和小型化、低耗能设计等相关技术，为二期工程进行先期验证和技术储备。第四，对卫星平台的其他分系统进行了适应性修改和完善。

“嫦娥二号”卫星在“嫦娥一号”卫星的基础上，改进了有效载荷性能，提高了对月科学探测精度，重点是完成四个科学目标，即：获取更高精度月球表面三维影像，分辨率由“嫦娥一号”卫星的120米提高至优于10米，在近月点15公里处甚至达到1米。同时还将探测月球物质成分、月壤特性以及地月与近月空间环境。“嫦娥二号”卫星开展的月球科学探测将在我国后续探月工作中发挥重要作用，可有效促进深空探测领域的发展。

“嫦娥二号”卫星是在“嫦娥一号”备份星的基础上研制，整星共有10个分系统，包括有效载荷，结构，热控，GNC，推进，供配电，数据管理，定向天线、测控数传和技术试验分系统。在“嫦娥一号”基础上，“嫦娥二号”卫星对硬件技术状态做了40多项调整，对软件技术状态做了60多项更改，并新增一个分系统——技术试验分系统，新研了CCD立体相机、大容量存储器、X频段深空应答机、数据处理单元等关键单机。根据新的任务要求，系统总体及热控分系统等进行了重新设计，8个分系统在充分继承“嫦娥一号”卫星状态基础上进行了局部设计修改，而技术试验和有效载荷这两个分系统则集中了全部的新研软硬件产品，并进行了全新设计。

点火发射后，为了能够让卫星顺利进入100公里×100公里的工作轨道和100公里×15公里的环月轨道，设计人员进行了极其精确的分析求解，并建立了相关的数学模型找到了控制精度的有效方法，使“嫦娥二号”乘坐着“直达电梯”向月宫飞奔而去。“嫦娥二号”与“嫦娥一号”相比，最大的一个不同就是新增了一个分系统——技术试验分系统。这个分系统主要用于实现星地X频段测控体制验证，并试验降落相机等相关技术，为二期工程进行先期验证和技术储备。“嫦娥二号”卫星首次应用X波段测控体制，它有着传输速度高、信号衰减小、负载数据多等优点。“嫦娥二号”卫星在运行过程中将面临300℃左右的冷暖温差，由热控系统的设计团队设计的卫星防辐射覆膜可以传导星内的热量，有效形成星内热平衡环境。为了快速清晰地获取月球表面图像，“嫦娥二号”卫星安装了三台监视相机与一台降落相机。三台监视相机即490N发动机监视相机、定向天线监视相机及太阳翼监视相机。490N发动机用于卫星姿轨控，490N发动机监视相机可以监视其工作状态，获得发动机点火工作时的视频图像，并可在卫星发射后从太空中拍摄地球图像。定向天线通过旋转对准地球，传输各种数据信号，是卫星与地面连接的纽带，定向天线监视相机拍摄的图像可以监视其工作状态。太阳翼监视相机可以拍摄太阳翼展开过程及工作状态，判断太阳翼状态是否正常，在姿轨控配合下还可拍摄地球与月球图像。实现月面软着陆是探月二期工程的主要目标之一，着陆器在降落过程中将根据图片自主避开不适于降落的地点，“临机决断”选择一块适宜降落的平坦表面。因此，降落相机的性能是影响着陆器软着陆能否成功的一个关键因素。降落相机可根据需要选择清晰拍摄或快速拍摄工作模式对月面拍摄。

“嫦娥二号”卫星有四个方面的重要特点。一是产品状态多。“嫦娥二号”卫星上共有200多台硬件设备，它们有着不同的状态。其中，继承了“嫦娥一号”卫星的产品大约有85%，做过适应性修改的产品大约占10%，新研制的产品大约占5%。二是试验验证难。“嫦娥二号”卫星上有很多新技术是原来没有使用或者遇到过的。比如这次“嫦娥二号”卫星上使用的490N发动机要连续工作半年，研制人员在地面做了半年多的可靠性验证试验，对其长期工作的可靠性进行验证。再比如，本次卫星上的主相机为TDICCD相机。这种相机的测试要牵涉到地面系统、星上系统和测控系统，最终会形成高清晰的图像，因此测试验证起来就相当困难。三是产品无备份。当星上产品出现问题的时候，并没有备份产品可以马上使用。四是研制队伍新。在“嫦娥二号”卫星10个分系统的主任设计师中，只有一个是“嫦娥一号”卫星研制队伍中留下来的，其他的都是原来的副主任设计师，或者原来研制队伍中逐步走上重要技术岗位的年轻技术人员。

鉴于上述四大特点，“嫦娥二号”研制团队采取了科学有效的管理，大力倡导“用成功报效祖国”的使命、“零缺陷”的工作理念和“严慎细实”的工作作风，逐步形成了独具特色的团队文化。

对于普通百姓来说，“嫦娥二号”卫星看点是很多的。在期待“嫦娥二号”卫星完成主任务并传回落月区清晰的高分辨率月面图像的同时，“嫦娥二号”还将试图展示给全国人民更多好看的图像，如太阳能帆板展开、天线展开、发动机点火等卫星在奔月过程中关键环节的图像。这些画面以前都只能通过动画演示才能看到，而这次是真实的影像。同时，“嫦娥二号”还要尽可能地在奔月过程中对地球和月球进行实时成像。