“嫦娥一號”怎樣奔月

發射月球探測器對月球進行考察，不外乎有兩種形式，一種是探測器圍繞月球進行考察，另一種是探測器在月面上著陸考察。由于它們的出發點地球和目的地月球都處于運動的狀態中，因此，月球探測器必須選擇合理的飛行路線，以便最近、最省時地飛向月球目標。

據計算，飛往月球的探測器的初速度不得小于10.848千米/秒。月球探測器在飛行過程中，常常是在地球和月球的共同作用下運動的?？茖W家將月球探測器的軌道飛行分為兩個階段，一個是以地球引力為主的階段（當月球探測器與月球的距離大于6.6萬千米時），另一個是以月球引力為主的階段（當月球探測器與月球的距離小于6.6萬千米時）。而且在實際飛行中，月球探測器還要受到太陽的引力。因此，月球探測器的飛行路線非常復雜。

如果月球探測器的最終目的為撞擊月球的話，那么就要選擇適當的發射時間，使月球探測器的飛行軌道與月球公轉軌道相交；如果要擊中月球表面的特定區域，發射初速度、發射時間和月球所在的位置及運動都需要嚴格地選擇，而且在飛行途中還要嚴格修正。如果要長時間地考察月球，月球探測器需要成為圍繞月球飛行的衛星。如果月球探測器要在月面上著陸，它可以從接近月球的軌道上經過機動飛行，在月球上著陸。但是，由于月球沒有大氣層，無論哪一種著陸方式，都需要在探測器下降過程中，用探測器本身攜帶的發動機制動，以便實現軟著陸。

“嫦娥一號”衛星的軌道由主動段、調相軌道段、地球至月球轉移軌道段、環月軌道段四個部分組成。

主動段?；鸺l射升空后，將“嫦娥一號”衛星送入軌道傾角為31度、近地點200千米、遠地點51 000千米的大橢圓軌道，即主動段。衛星與火箭分離后，依靠衛星自身的推進系統進行一系列機動變軌，最終到達飛行任務所要求的軌道。

調相軌道段。衛星進入這個階段后，需要將大橢圓軌道的能量進一步增大，為此，要進行一系列遠地點和近地點機動變軌，逐步增加衛星近地點的速度，使衛星遠地點的高度逐步增加，使其變為遠地點高度為380 000千米的地－月轉移軌道。

地－月轉移軌道段。衛星到達近月點，進入月球捕獲軌道時，為使其變為執行任務的圓軌道，將通過近月制動，使衛星減速，進入圍繞月球運行的200千米高度的工作圓軌道。

環月軌道段。衛星正式進入環月運行軌道，軌道高度為200千米高的圓軌道。這種特點要求衛星研制者必須著眼于月球衛星所處的特殊性，通過突破關鍵技術，實現技術創新，才能完成所賦予的科學探測任務。

研制攻克的關鍵技術

3年來，經過航天科技工作者的艱苦努力，衛星研制單位繼續開展系統設計的完善和深化工作，尤其是在月球探測任務和“嫦娥一號”衛星特有的技術方面，各級技術人員充分溝通、勇于創新，在技術問題的不斷細化過程中逐步完善設計。先后在軌道設計、飛行程序、月球空間環境、定向天線設計、熱控設計、制導與控制設計、測控數傳設計、月食問題等方面實現了突破，并形成了適應探月任務、具備深空探測應用背景的系統設計、分系統設計方法和專項技術，為“嫦娥工程”二、三期任務和對其他星體的探測設計提供了技術儲備。

首先，從軌道來看，按照我國的設計，“嫦娥一號”衛星先繞地球飛行4～5天，經過3次加速后，進入第二個飛行階段，即進入奔月軌道，飛往月球。在奔月軌道過程中，科技人員要時時觀察測量衛星的軌道運轉情況，如果有偏差，就要進行適時地修訂。在這個階段要對衛星進行2至3次的軌道修訂，經過4天左右，到達月球。期間，最為關鍵的是，當衛星進入月球引力區時，要對衛星進行適時“剎車”，讓其被月球引力捕獲。而“剎車”是否成功，關鍵取決于衛星當時的位置和速度矢量是否正確。為此，科技人員要進行精確地測量和判斷，然后指揮“嫦娥一號”及時“剎車”。如果“剎車”晚了，就要撞到月球上去；而“剎車”早了，就會飄向太空，所以這是一項非常關鍵的技術?？萍既藛T經過反復地復核、復算，才突破了這個技術難題。

第二，在測控通信方面，國際上深空探測使用的一般都是直徑35米，甚至70米的天線。由于我國的測控天線小，從38萬千米外的月球上接收到的信號就弱。經過研制人員的共同努力，我國采用建設較大的天線，通過增大天線口徑，增加接收信號的能力，解決了這個問題。

第三，衛星在設計上還要考慮經受兩次月食環境、月球表面溫差等影響。在月食期間，衛星太陽翼帆板將得不到太陽光，一次能源供應就中斷了。因此，要解決月食期間的能源供應問題。另外，衛星繞月運行的周期大約2個小時，衛星要在300多度溫差的環境下循環運行，經受冷熱環境的周期考核，衛星上的所有儀器設備都要進行完整的熱設計，這個技術難題也已經取得突破。

第四，要保證衛星的正常工作，需要衛星上的探測儀器對著月球、太陽翼帆板對著太陽、通訊系統和指揮控制系統對著地球，這三個矢量的控制很復雜，在科技人員的努力下，也成功解決了這一難題。

第五，衛星要對月球狀況進行探測，首先要獲得月球的三維影像，即三維照片。要用激光高度計、CCD相機、干涉成像光譜儀、γ/X射線探測儀，以獲取三維影像和月球有用物質的分布，還要用微波探測器探測月壤厚度。因此，衛星要從微波、紅外、可見光，到紫外、x和r射線，全譜段進行探測，有效載荷都是新研制的裝置和設備，它們的工作特性要滿足工程需求，其可靠性要滿足一年的連續觀測，這些技術難點的攻關都已經完成。此外，在理論分析上，科學家要對得到的信息進行分析處理，從而得到科學數據，這些技術難點都已經全部攻克。

值得一提的是，在“嫦娥一號”衛星研制中，已經取得了大量技術成果，體現了重大科學探索工程在科學進步方面的巨大拉動作用。例如，為從月球表面亮溫數據反演出月壤厚度，“嫦娥一號”衛星研制隊伍采集了多種巖石和礦物樣品研制了模擬月壤和模擬月巖，并給研制的第一種模擬月壤取名叫“廣寒一號”。通過對“廣寒”系列模擬月壤進行研究，獲得了月壤在觀測波段的介電性質，根據相關的理論，可以得到特定條件下月球表面的亮溫與月壤的厚度關系。這樣，拿到月表亮溫數據，就可以反演推算出月球表面月壤厚度和月球表面物質的電學特性。