嫦娥二號“好快省”傳奇

□ 張文雁 王曉晨

嫦娥二號任務的實施，取得了多項工程創新成果、衛星研制技術突破和科學研究成果，不僅保證了圓滿完成科學探測任務和一系列技術驗證和深化科學探測任務的實施，有效降低我國探月工程二期任務的風險，還將有力推動我國深空探測技術的跨越和月球科學技術的發展。這些成果主要有：

六大工程技術創新成果

與嫦娥一期工程相比，嫦娥二號月球探測任務技術更新，難度更大，系統更復雜，任務更加艱巨，風險性更大，必須實現關鍵技術的原始創新。

全體參研人員按照“高標準、高質量、高效率”的要求，創新理念，創新思維，通過任務的實施，第一次實現直接發射轉移軌道技術、第一次采用X波段測控技術、第一次采用新的信道編碼技術、第一次開展姿態測量圖像敏感器導航試驗、第一次實現距月面15千米環月穩定飛行、第一次采用數字化深空應答機、第一次實現姿控敏感器的姿控確定和科學探測功能應用，完成了六大工程目標，實現了六個方面的技術創新與突破。

一是突破運載火箭直接將衛星發射至地月轉移軌道的發射技術。嫦娥一號是先發射到地球附近的過渡軌道，再經過自身多次加速進入奔月軌道；而嫦娥二號探測任務由運載火箭直接送入近地點200千米，遠地點約38萬千米的奔月軌道，這樣效率更高。嫦娥一號用了近14天時間進入工作軌道，嫦娥二號5天以內就做到了。相比嫦娥一號任務，嫦娥二號任務對運載火箭推力要求更大，入軌精度和控制精度要求更高。

二是試驗X頻段深空測控技術，初步驗證深空測控體制。嫦娥二號任務飛行測控首次驗證了我國新建的X頻段深空測控體制。相比嫦娥一號任務中使用的S頻段衛星測控網，X頻段無線電傳輸信號頻率更高，遠距離測控通信效果更好。

三是驗證100千米月球軌道捕獲技術。相比嫦娥一號在距月面200千米處被月球捕獲，嫦娥二號在距月面100千米處進行制動，飛行速度更快，軌道更低，制動量更大，同時月球不均勻重力場對衛星軌道的攝動影響也相應增大，提高了對衛星制動控制精度的要求。

四是驗證了100千米、15千米軌道機動與快速測定軌技術，測試了將衛星飛行軌道由100千米圓軌道調整為遠月點100千米、近月點15千米的橢圓軌道的能力。

五是試驗了全新的著陸相機，數據傳輸能力大幅提高。數據傳輸速率也由嫦娥一號的3兆每秒翻倍為6兆每秒，還進行了12兆每秒的傳播速率試驗，獲得了良好的效果。

六是對嫦娥三號預選著陸區進行高分辨率成像試驗。嫦娥一號搭載的CCD相機分辨率為120米。而嫦娥二號對嫦娥三號的預選著陸區進行優于10米和1米分辨率的成像試驗，分辨率有了很大提高。

嫦娥二號衛星研制人員正在進行現場測試

嫦娥二號衛星微小相機研制組在工作

出色完成四大科學目標

嫦娥二號利用隨身攜帶的CCD立體相機、激光高度計、X射線譜儀、γ射線譜儀、微波探測器、太陽高能粒子探測器、太陽風離子探測器等七種“武器”，留下了月球三維照片，還為研究月球土壤成分、測量月球化學元素、感知月球空間環境，留下了大量的科學探測數據，出色完成了四大科學探測目標。

2010年11月，嫦娥二號衛星月面虹灣局部影像圖揭幕儀式在京舉行，據介紹，這張衛星在100千米軌道上拍攝的嫦娥三號衛星的預選著陸區的影像圖分辨率優于10米，進入100千米×15千米的橢圓軌道時，分辨率可達1米，超過預定的1.5米的指標。

2012年2月，國防科工局發布了嫦娥二號月球探測器在國際上首次獲得的7米分辨率、100%覆蓋全月球影像圖和優于30米的全月球數字高程模型數據，其中，首次獲得的7米分辨率的全月球立體影像的分辨率比嫦娥一號提高了17倍。

高分辨率全月球影像圖是月球科學研究最為基礎性的資料，對研究月球物質特性、區劃月球地質構造、勾繪月表物質成分的含量與分布圖標、分析月表地形地貌特性與成因等都具有重要科學價值或參考作用，利用這些高分辨率的影像，科學研究工作者還可以找到在較低分辨率圖像中不可能發現的更為細致的地理結構。比如，月球表面物質長期受到宇宙線、太陽高能和低能離子的照射以及月表溫差變化和小天體撞擊的綜合作用，形成了許多太空風化特征，高分辨率全月球影像圖所展示的精細特征，為研究月表物質的太空風化過程提供了重要科學依據。科學家們將通過對圖像進行深入分析，進一步深化對月球科學及空間科學的認識和理解，從而，為解答月球和太陽系起源等科學問題，打開月球科學研究新的窗口，得到更多的創新成果。

嫦娥二號搭載的其他科學探測儀器，也同樣獲得了大量月球科學探測數據，取得一系列新的研究成果，如，首次利用太陽高能粒子探測器的質子探測數據，在澄海對峙區發現了月表剩磁所引起的微磁層的存在等。

在繞L2點飛行過程中，嫦娥二號攜帶的4臺科學儀器聯合進行了系列科學探測。比如，星上攜帶的X射線譜儀對目前正在處于上升階段的太陽活動、頻繁爆發的太陽耀斑進行監測，監測結果一方面可以對如大耀斑伴隨的太陽質子事件等空間環境進行預警，另一方面也可以開展太陽耀斑演化特征和規律的科學研究。同時，星上的γ射線譜儀還對宇宙γ爆進行了觀測，填補了我國對地球遠磁尾區域的離子能譜、太陽耀斑爆發和宇宙伽瑪爆的科學探測的空白……總之，嫦娥二號在L2點的235天的探測，積累了大量對太陽的探測數據。

嫦娥二號造訪4179圖塔蒂斯小行星，實現國際上首次與近距離交會并獲取最高分辨率優于3米的光學圖像，我國邁進了原本只有美歐、美、日成員的小行星探測“俱樂部”。

嫦娥二號衛星部裝俯視圖

嫦娥二號衛星進行部裝

突破十三項衛星技術

經過主任務和拓展任務的試驗驗證，嫦娥二號衛星取得十三項技術突破。這些技術主要有：

1.設計并驗證了嫦娥三號著陸任務中動力下降前的所有軌道與機動飛行控制技術，突破了直接地月轉移軌道設計技術。

2.針對月球不均勻重力場及高起伏地形環境，突破月球軌道設計、衛星自主慣性對準、機動軌道拼接等關鍵技術，首次成功實現100千米圓軌道和100千米×15千米橢圓軌道飛行，首次實現在月球背面無測控條件下主發動機點火變軌，并實現了高精度的衛星軌道控制。

3.在國際月球探測中首次采用時間延時積分(TDI)成像技術，設計了由地面行頻數據注入和測高數據輔助兩種速高比補償成像方法，獲得了7米分辨率的全月球立體影像；獲得了1.3米分辨率的局部影像，達到國際先進水平。

4.創新研制首臺基于統一載波體制的X頻段高靈敏度數字化測控應答機，實現了深空探測領域星載測控技術的多項突破；在軌試驗驗證了X頻段深空測控體制和技術，標志著我國航天測控技術進入國際先進行列，為后續深空探測奠定了基礎。

5.突破微小型智能化設計技術，首次實現了地球至月球空間飛行過程監視成像，首次實時獲取了太陽翼展開、天線展開/轉動、主發動機點火等關鍵環節的動態圖像，為后續重要飛行事件提供了可視化手段。

6.首次在航天工程中于空間段應用了LDPC新的編譯碼,主要指標優于國際標準,提高了我國在國際深空信道編譯碼領域的地位和話語權。

7.首次在軌驗證了推進系統高壓氣路長壽命技術，為高強度軌道機動及L2點、小行星探測試驗奠定動力基礎。

8.首次突破探測敏感器、載荷一體化技術,利用成像敏感器完成星地大回路導航試驗。

9.在地球月球衛星和太陽地球衛星雙三體復雜環境下，針對太陽、地球引力平動點攝動復雜、軌道設計無解析解、測控距離遠等難點，攻克了非線性系統流形設計、低能量轉移軌道控制等技術，實現了從月球軌道飛赴L2點的軌道設計、飛行控制和遠距離測控通信，在國際上首次實現從月球軌道飛赴日-地拉格朗日L2點探測，開展科學探測。

10.突破距地球1000萬千米遠的深空軌道和測控通信技術,首次實現行星際飛行，基于能量、距離和時間及目標物理特性等強約束，提出潛在小行星目標選取策略，在國際上首次設計并實現了逼近飛越探測方式及基于高速交會漸遠點凝視成像技術，國際上首次成功逼近飛越4179 圖塔蒂斯小行星并獲取3米分辨率光學彩色圖像；在國際上創造千米級飛越小行星最近距離紀錄。

11.創新利用拉格朗日點伴地球繞太陽的特性，在衛星推進劑、星地通訊距離、地面大天線進度等約束條件下，國際上首次實現從拉格朗日點轉移飛越小行星。

12.通過創新設計、全面驗證、精心實施，充分利用衛星剩余資源,發揮衛星潛能,從月球到L2再到圖塔蒂斯，實現了具有國際特色和水準的多目標多任務探測，取得了“好、快、省”的突出實效。

13.通過對以往研究成果的轉化、應用,開展國內外多站專項觀測,實現了目標小行星定軌和預報，精度達到國際先進水平。

總之，嫦娥二號作為當今具有國際先進水平的繞月探測器，以其卓越的表現，推進了中國航天技術的跨越發展，提升了中國航天器的研制能力和技術水平，為中國實施未來的深空探測任務積累了豐富經驗。