嫦娥二号全程揭秘:“二姑娘”后期有望试验落月(2)

　　运载火箭 “二姑娘”联姻“老三”

　　嫦娥二号卫星总设计师黄江川介绍，对于月球探测和深空探测的航天器来说，其上天成本甚至是几倍于同重量的黄金。因此，我国要想实现更大重量或者更远距离的空间探测，必须最充分地利用火箭的推力，减少卫星燃料的消耗。

　　如果把嫦娥二号卫星比作“嫦娥”家族“二姑娘”的话，那么长三丙火箭就是长三甲火箭家族的“老三”。嫦娥二号卫星的发射，实现了“二姑娘”和“三弟”的完美联姻，可谓创造了中国航天器不同家族的传世佳话。他们的这桩“婚姻”，还是探月专家们做的“媒”。

　　我国发射嫦娥一号卫星使用的是长三甲火箭，它是长三甲火箭家族的“大哥”。嫦娥二号作为绕月探测二期工程的先导星，这就决定了此次发射任务承担着为绕月探测二期工程中的关键技术进行验证的使命，再加上嫦娥二号的重量达到2480公斤，因此，无论是从轨道参数等技术要求还是从载重要求来说，“长三甲”都难以担此重任。而“长三乙”的载重量对于嫦娥二号卫星的发射任务而言，又是一种浪费。在综合了技术方面的新要求和保证经济性、节约经费开支的双重考虑之后，嫦娥二号的发射任务才正式交付到“长三丙”的身上。“老三”的运载能力比“老大”大一些，比“老二”小一些，用它发射嫦娥二号一点不“浪费”。

　　“移动靶”轨道确定难

　　地月转移轨道的轨道设计要受到多方面因素的制约，其中主要包括火箭一级落区、测控覆盖范围和地月日三者之间的运动规律。

　　我国在西昌卫星发射中心发射的火箭，火箭的壳体按规定要落在云南省特定的区域内。在这个区域，已经形成了发射时人员撤离的惯例，对地面人员的安全容易管理。这使火箭在一级飞行时的轨道没有“自由发挥”的余地。

　　第二个因素是我国发射测控网的限制。测控网主要包括三个部分，一部分是我国陆上建设的测控站，另一部分是可以使用的外国陆上测控站，还有一部分就是测控船。火箭发射时，测控系统要对火箭进行实时测控。因此，其飞行轨道必须处于测控网覆盖的范围内，这对一种新轨道的选择形成了另一个很苛刻的限制。

　　第三个制约因素来自地月日的运动规律。地月转移轨道要求星箭分离时，卫星必须处在奔月轨道的入口处，否则只有通过卫星机动的方式进行轨道调整，违背了节省卫星燃料的最基本要求。

　　“发射的时间不同，轨道的入口也不同，同时太阳直射光线的角度也会发生变化。”长三甲系列火箭设计师李聃介绍，“所以，必须严密考虑地月日三者之间的相互关系和运动规律。相比于嫦娥一号卫星发射时的火箭飞行轨道，本次发射由‘固定靶’升级为‘移动靶’，难度自然大大增加。”

　　运行保障 卫星两面温差300℃

　　嫦娥二号卫星总设计师黄江川介绍，和嫦娥一号200公里轨道相比，100公里轨道上的热流增加了20%～30%。嫦娥二号卫星在100公里轨道上短期运行后温度升高了15℃左右。因此，嫦娥二号卫星的100公里轨道工作环境将面临100℃左右的高温。为了应对如此高温的“大烤”，技术人员采取了多个方面的有效措施。

　　月表的热量主要来自太阳光。但是，由于月表具有很强的反射性，所以嫦娥二号卫星实际上面临太阳的炙烤和月表反射光的强烈照射。这也是100公里轨道处温度高达100℃的主要原因。另外，月球上没有空气等作为热传导的介质，因此卫星上受到光线照射的部分温度会很高，而没有光线照射的地方会在零℃以下，卫星的两面可能相差300多℃。

　　对于卫星内部元器件来说，0～20℃的温度是最理想的工作温度。那么如何在卫星处于高温区的时候把星内温度降下来呢？为了解决这个问题，卫星技术人员重新设计了热控系统，对卫星舱内的热交换系统进行了重新设计和布局，卫星受到照射的部分和没有受到照射的部分之间能够迅速实现热交换，从而使其不至于高者过高、低者过低，而是维持一种平衡的状态。

　　金银外衣堪比空调

　　出现在电视或者照片上卫星表面金光闪闪和银光闪闪的发亮的东西，这些就是精心为嫦娥卫星织的“嫁衣”。金光闪闪的衣服有着非常好的隔热作用，不仅能够防止卫星热量散失，而且可以阻止外部的热量进入卫星内部；而银光闪闪的衣服有着非常好的散热作用，能够将卫星内部产生的废热及时排散到外界空间中。这些金光闪闪和银光闪闪的衣服组成了一个天然的空调系统。

　　卫星热控系统主任设计师向艳超介绍，嫦娥二号卫星表面的金光闪闪的衣服，是一层层比羽毛还轻的膜状物和网状物间隔拼叠而成，共有15层。采用这种方式制成的衣服在真空环境条件下具有很强的隔热效果，起到保温作用，其保温效果足以和热水瓶瓶胆的保温效果相媲美。

　　银光闪闪的衣服，是一层类似镜子一样的膜，它具有很强的反射能力，能够将太阳光的85%左右反射掉；同时它还具有较强的散热能力。因此如果卫星舱内温度过高的时候，这层银光闪闪的衣服就可以把热量排散掉。

　　30度夹角保护帆板

　　太阳翼是最直接接触外部环境的卫星部件。一般情况下，它总是保持太阳光线能够直射到太阳翼上。工作状态的卫星基本上都是靠太阳翼来供电的。

　　“但是，嫦娥二号卫星处在高温环境中，太阳光的持续直射，可能造成帆板温度过高而失效。”卫星GNC系统主任设计师戴居峰说，国外已经有探月卫星因为太阳翼失效而导致整星失踪。

　　为了使嫦娥二号卫星的太阳翼帆板在高温环境中保持良好的工作状态，技术人员采用多种方法来保护帆板。首先是避开太阳直射，设计人员设计太阳翼的时候使其和太阳成30°夹角，而不是直接垂直于太阳光线，这样温度就会大大降低。

　　另外，嫦娥二号卫星上的太阳翼帆板可以进行任意角度的旋转，以达到最佳的保护效果。卫星上有一套软件系统，在温度达到一定的高度时，软件可以支持卫星让帆板停转，这时太阳翼帆板会停留在和太阳光成60°夹角的地方，帆板温度就会降下来。

　　卫星归宿 嫦娥二号有三结局

　　嫦娥二号卫星完成预计的试验验证和科学探测任务后，这位“二姑娘”将有怎样的打算？嫦娥二号绕月探测卫星的总设计师黄江川介绍了三种可能的结局。

　　黄江川表示，嫦娥一号卫星最后“受控撞月”是额外完成的任务，能如此“超额”完成任务，主要是因为卫星状态依然良好且还剩有足够的燃料，可以对其轨道进行精确控制。

　　嫦娥二号卫星的发射将采用地月转移轨道技术，火箭直接把卫星送入奔月轨道，可以大大节省卫星的燃料，因此如果各项任务顺利的话，嫦娥二号卫星在完成半年的规定动作后，仍会有相当数量的燃料剩余，这令“二姑娘”同样具备“超额”完成任务的潜质。

　　我国探月工程管理部门、科学家和卫星技术人员曾经一起研讨过“二姑娘”的最终命运，大致形成了三种设想，但还没有最终下定论。

　　一种意见是，可以根据卫星在轨运行的情况，结合我国探月工程的后续进展，对嫦娥二号卫星传回的数据进行综合研究，对月球做补充探测，最终可以考虑卫星落月，这将为“嫦娥三号”等后续任务提供技术验证。

　　第二种设想是让她“远嫁”他方，验证我国更远宇宙空间的深空探测能力，让卫星飞出地月环境，飞向更远的太空。

　　第三种设想是让她回“娘家”，即让她沿着月地转移轨道，飞回地球并成为地球卫星。

　　“最终采用哪种方式，还要看前期主任务执行情况以及卫星的状态和能力。到时候各方专家肯定会汇集到一起，共同研究，决定‘二姑娘’的终极命运。但我相信一个最起码的思路是，会为卫星选择一个最具意义、可利用价值最大的归宿。”黄江川认为，把卫星的命运放在整个探月工程及未来深空探测需求中可能是最合适的选择。(记者李铁铮 特约记者陈全育 索阿娣 杨艳 胡永富)