探月工程专家解析“嫦娥二号”远征难点

　　奔月难，奔向150万公里深空更难。嫦娥二号卫星奔赴拉格朗日L2点（以下简称L2点）的这次旅程，无疑是中国航天史上距离最远的一次“跨越”。在这背后，有多少前所未有的困难？

　　近日，专家对“嫦娥二号”此次远征遇到的难点进行了解析。

　　“从4月1日‘嫦娥二号’圆满完成既定任务，到6月9日飞离月球、奔向深空，需要短短两个月时间内设计出全新的轨道方案，这是个很大的挑战。”嫦娥二号卫星主任设计师黄昊说。

　　此项轨道设计的复杂程度也大大提高。

　　“首先，这是个复杂的多天体引力场轨道设计。”他说，对于地球卫星而言，轨道设计时只涉及一个引力场，即地球；月球探测卫星的轨道，则要考虑地球和月球两个引力场，以及其间的拼接过程。而这次轨道设计，除地、月外，还必须兼顾考虑太阳的引力场。

　　同时黄昊表示，L2点非常敏感，对卫星入轨时的位置、速度要求非常高，稍有偏差就会出现失误，导致卫星飞向更远的深空，或是飞回地球。因此整个飞行轨道都必须经过精确的规划和设计。

　　此外他还介绍说，L2点是个不稳定点，在环绕飞行阶段，卫星只要受到任何一点扰动都可能会漂离，这也给轨道设计精度提出了更高要求，同时也可能面临多次轨道修正。

　　“L2点轨道的最远端离地球大约有172万公里的距离，这使测控通信的难度大大增加，几乎把能力挖掘到极限。”“嫦娥二号”任务测控系统副总设计师周建亮说。

　　同时他表示，卫星已经经过了最远端，测控系统成功经受了最大距离的考验。

　　周建亮介绍说，当卫星到达距地球170多万公里的地方时，观测延时由绕月时的5秒延长到约30秒，尽管星上设备发射功率已开到最大，信号仍近乎衰竭。

　　对此，测控系统采取了多种应对措施。

　　周建亮说，以前地面天线采用自动跟踪方式，通过接收卫星信号，自动跟随卫星转动。“现在信号太弱，自动跟踪已经不可靠，于是我们改用数字引导方式，从地面预报卫星位置，控制天线进行精确跟踪。”

　　此外，研究人员也对相关系统和软件进行了升级改造。

　　“后续我们还有一些手段，比如降低码速率、改变编码方式等，还能进一步提高测控通信能力。”周建亮说。

　　从地球到月球，“嫦娥二号”用了112小时，而从月球到达L2点，它却用了77天。

　　“到达L2点选择有很多，但考虑到卫星所剩燃料有限，最终选择了一条消耗能量最低的轨道。”周建亮说。

　　他介绍说，“嫦娥二号”进入月球轨道时，速度达到每秒11公里，而飞往L2点途中，卫星速度最低时仅为每秒31米左右，比高速公路上的汽车还慢。

　　“卫星设计之初，并未考虑到要执行这样的任务，现在剩余的燃料，都是因前期的精准控制而节省出来的。”周建亮说。

　　据介绍，零窗口发射、精准的测控，使卫星节省了大量燃料。就在飞往L2点的过程中，原计划实施3至4次轨道中途修正，也因高精度的控制而节省，仅于6月20日实施了一次就达到了预期目标。

　　为了节省燃料，测控系统选择了让“嫦娥二号”低速飞行，因为速度越快，“刹车”时的消耗就越大。

　　不过从目前来看，“嫦娥二号”暂无“断炊”之忧。周建亮表示，卫星在L2点轨道绕飞到明年年底，需要每秒96米的速度，而剩余的有效燃料可供卫星达到每秒130米的速度，尚有一定余量。

　　“‘嫦娥二号’的设计寿命只有半年，现在早已超过，而且未来还将工作一年多时间，这对卫星仪器设备的可靠性、实际能力都将是一个考验。”黄昊说。

　　周建亮介绍说，该卫星发射前，测控系统已制定了104项故障预案。现在针对卫星测控距离远、超期服役等特点，也已准备了新的对策。

　　“‘嫦娥二号’飞往日地L2点，可以说是我国航天领域的又一个重大跨越，成为世界首个直接从月球轨道飞赴日地L2点的航天器，标志着我们在轨道设计、飞行控制、测控、通信方面的技术有了突破，也是我们国家第一次进行一次发射、执行多个任务、多个目标深空探测的一次有益尝试。”探月工程副总指挥吴志坚说。