走到太空探测的最前沿——“嫦娥二号”卫星系统总设计师黄江川谈卫星研制

□ 本刊记者 潘永清

在“嫦娥二号”卫星发射前夕，卫星系统总设计师黄江川接受本刊记者专访，全面介绍了卫星的技术特点和研制情况。他表示，我的心愿就是希望继续开展深空探测，让中国人走得更远一些，走到太空探测的最前沿。

问：“嫦娥二号”卫星与“嫦娥一号”主要有什么不同？

答：“嫦娥二号”卫星继承了“嫦娥一号”的备份设备。根据探月工程的规划，“嫦娥一号”的成功就代表探月一期工程已圆满完成;“嫦娥二号”就是为了把这些备份设备利用起来，把它划到探月二期工程，作为先导星。首先一个是一期，一个是二期，主要差别在于除了继承备份设备、长相差不多之外，又增加了一个技术试验分系统和全面升级了有效载荷。

问：技术试验分系统是个什么系统？

答：技术试验分系统跟“嫦娥二号”的科学目标有关，主要是继续月球探测工程，起到一个承上启下的作用，是二期工程的先导。“嫦娥二号”深化科学目标，包括对工程上的一些新技术进行验证，把这些需要验证的设备独立组成一个技术试验系统。实际上卫星研制分为平台和载荷，新技术验证可以说是载荷的一部分，相当于有一个载荷分系统的技术试验，服务于“嫦娥二号”卫星的目标。

问：“嫦娥二号”主要验证一些什么新技术？

答：主要是后续工程的发射、轨道技术，星地协同的X频段的测控技术，还有以后探测要用的，包括地球卫星要用的一些轻小型化的产品。轨道技术包括更近距离的月球制动，这是后续工程实施着陆的一个中间点，还有大系统协同。我们的产品也要升级，也要提高，在保证可靠的同时越来越轻，越来越小。轻小型化的产品技术在后续工程中要大量采用，这就需要很多设备的验证。

问：针对这些任务做了哪些技术改进，突破了哪些关键技术？

答：改进都是围绕任务目标进行的。从关键技术说有两种情况，一种是这个任务的目标我们以前很少，或者是根本没有掌握；另一种情况就是技术比较新。比如说轨道方面就涉及到整个飞行程序，它需要全新设计。还有像100公里的环境，和200公里的环境完全不一样。因为月球的红外辐射很厉害，对我们的热设计、热控影响很大，相当于更靠近火炉边了。此外，在月球轨道上的飞行规律，由于月球质量分布不均匀，轨道飞行上也不一样。这些都要做更细致的研究，涉及到产品设计和程序设计等方方面面。主要关键技术有X频段的体制验证、高分辨率的CCD相机、轻小型化的小相机、综合能力很强的小型数据处理单元等。

问：地月转移轨道大概是一个什么样的设计？

答：比起“嫦娥一号”，最主要差别就是直接飞出地球。因为发射“嫦娥一号”时，我们的技术基础和飞行轨道环境、环月环境都不熟悉，采取较为稳妥的方法，所以它的轨道是在地球上绕三圈，然后再一路奔月，再到环月，环月也有三次制动，这个轨道就像一个扁担挑两个箩筐似的。“嫦娥二号”有了“嫦娥一号”的基础，我们就要向前跨一步，就是要充分利用我们运载能力，运载火箭在长三甲上增加助推器，变成了长三丙，可以直接飞出地球，这样就变成一个趴着的逗号。在环月轨道上还要由200公里变到100公里，再模拟后续工程的飞行轨道，降到15公里，这项任务相当重要。然后还得回来到100公里的环月轨道继续探测。

问:从200公里到100公里的跨越对卫星来说会面对什么问题？

答:飞行程序要重新设计，热控要重新设计。在100公里环月轨道上，卫星的平均温度要升高是15度左右。长期飞行要重新设计热控，把卫星的整体温度控制在一个比较好的水平上，一般控制在10度到20度，主要修改散热面和热交换，需要重新布置、重新设计。

问:这次的轨道变轨刹车的精度要求是不是更高了？

答:是这样的，可以想象，100公里距离月球更近，在卫星的控制方面就要求它的紧迫性，就是说好了几点几分干什么事情，必须按时做到。这个时间的紧迫性就要求把动作的准确性和精度都提高，如果控制不好，就容易撞上月球，或者逃逸出去。逃逸出去一般抓不回来。从风险来说主要有两个，一个与“嫦娥一号”一样，在近月点100公里、远月点10000多公里的椭圆轨道上首次制动，如果制动晚了就逃逸出去了，如果制动不精确就会撞上月球，这是一个风险。现在“嫦娥二号”在降轨时又多了一个风险。因为我们要对“嫦娥三号”备选的着陆区域进行高分辨率成像，这个区域在月球的正面，我们必须在它的反方向变轨，这恰恰是在月球的背面，这样我们就看不见，不可控，只能靠它自主去完成，这个风险就很大了。

问:为什么要验证X频段的探测器？

答:要矢量化的话，两个频段的主要区别是，S频段在2G左右，X频段是8G，反过来说，频率越高越适合升空，因为天线口径可以减小，抗衰减等方面的性能好，能提高频率，国外先进的频率还更高，我们在这方面也要发展，需要的功率小，设备也小，又有利于轻小型化。可以用更小的设备、更低的功率，传输更多的数据，还可以走得更远，现在世界最先进的已经走出了太阳系，我们刚刚走到月球，下一步我们要走到火星、金星，就是要搞行星探测，月球只是深空探测里面的入门星。

问:这次的发射窗口是怎么选择的呢？

答:发射日期的选择受很多因素的影响，一个就是地日月的运动规律，还有太阳对飞行过程中的能源采集的影响、发射场的气候、运载能力的限制、卫星能力的限制等等；这次还有一个考虑，就是先导星肯定要比后续的卫星要早，要综合这些因素来选择窗口。仅从日地月三者的运动规律来讲，一年有24次，每个月都有两次，但是综合所有的考虑，一年大概有三到四次机会，我们还有一个重要的考虑就是选择连续三天都能发射，就这一点在一年24次中可能有20次都不行。

问:在轨飞行时间为什么定为半年，半年后怎么办？

答:确定在轨飞行时间期间，一要考虑卫星本身状态，二要考虑任务需求。因为月球的质量不均匀，离月球更近，轨道的稳定性就越差，100公里轨道肯定比200公里的稳定性差一些，需要频繁进行修正，进行长时间在轨飞行困难较多。从任务需求来说，我们有信心在半年内就完成工程验证和科学探测两方面的任务，因而确定为半年，其实达到一年是没有任何问题的。

半年后怎么办，我们做了一些设想和研究，一种可能是落月，还有一种可能是让卫星飞到更远的星空，再就是有人提出让卫星飞回来，可以说这些能力都有，但飞回来干嘛，有什么意义，这些都没有最后的定论，要结合实际运行再做决定。

问:“嫦娥二号”卫星一共有哪些系统，怎么分工？

答:先有总体结构，相当于人体的骨架，起支撑作用。再有数据管理系统，相当于人的大脑，发挥数据信息汇集、交换中心的作用。第三是热控，保持卫星的环境，大体上相当于人的皮肤再加上点衣服。第四是制导导航与控制系统，这个对应得多一些，一个是敏感器，相当于人的五官；一个是转换、推进和姿态控制的执行系统，相当于人的四肢，还相当于小脑；推进系统相当于要做大的运动要用燃料；测控数传和天线的作用就是数据交换和指令接发，对人来说就是交流。还有激射试验和有效载荷，这两个在人体之外，因为人活着活动的话肯定有某种目的，这就是任务目标。

问:在研制过程中怎样确保“嫦娥二号”卫星绝对成功？

答:航天工程是一个典型的系统工程，系统工程本身就有一套程序来保证。探月工程中本身就有五大系统，这五大系统互相合作。从具体的产品设计来说有两个层次：一个是单机层次，我们有200多个单机，每个单机是一个层次；还有就是分系统层次，按“嫦娥二号”的任务要求，热控、飞行程序是我们新设计的，GNC在“嫦娥一号”的基础上进行了针对性改进。按照“嫦娥二号”的任务要求进行设计、研制、验证、演练等。每个层次都严格按要求推进。

问:你第一次担任“嫦娥二号”卫星总设计师，压力大吗？

答:“嫦娥二号”基本上继承了“嫦娥一号”的技术，我在“嫦娥一号”是副总设计师，从工作量、工作难度来说没有“嫦娥一号”大，但责任不一样。过去有总设计师顶着，现在责任都在我这里。我干了20多年航天工程，有经验积累，你只要按想到的事情就去做，没有留遗憾，成功或许就是必然的。我把“嫦娥二号”和月球当亲人，接触的时间长了就产生感情。我们要追求的一种境界，就是在成功前面加上两个字“开心”，做到开心成功。

问:您最大的心愿是什么？

答:“嫦娥二号”成功，为后续工程打下好的基础，为探月二期工程打一个好的开端。另外，我们总想远走，对于未来的深空探测，非常有期待。我们国家现在也有经济实力了，在这方面会有更多的需求，也愿意在这方面做更多的贡献。作为职业，这很光荣。我的心愿就是继续开展深空探测，让中国人走得更远一些，走到太空探测的最前沿。