新華社北京10月24日電(記者李斌、吳晶晶)探月工程是我國第一次對地球以外的星體進(jìn)行近距離探測,是邁向深空探測的第一步。探月工程面臨著諸多技術(shù)難點(diǎn)需要突破。
軌道設(shè)計與飛行程序控制問題。在地球、月球、衛(wèi)星三體運(yùn)動條件下月球探測衛(wèi)星的軌道設(shè)計,較以往地球、衛(wèi)星相對運(yùn)動條件下的設(shè)計更為復(fù)雜。衛(wèi)星首先由運(yùn)載火箭送入地球大橢圓軌道,與運(yùn)載火箭分離后,利用自身推進(jìn)系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)相軌道三次加速,進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道,在此期間衛(wèi)星需要進(jìn)行多次軌道調(diào)整和姿態(tài)機(jī)動,以確保能夠準(zhǔn)確地被月球引力捕獲。衛(wèi)星在地月轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)行4至5天后,進(jìn)入月球捕獲軌道,進(jìn)行3次制動,分別經(jīng)過三個不同軌道階段進(jìn)入月球的目標(biāo)軌道,執(zhí)行預(yù)定任務(wù)。衛(wèi)星從發(fā)射到進(jìn)入月球目標(biāo)軌道共需飛行8至9天。
衛(wèi)星姿態(tài)控制的三矢量控制問題。在環(huán)月飛行期間衛(wèi)星姿態(tài)要一直保持對月、地、日三個天體定向,各種探測器要保持對準(zhǔn)月面,以完成科學(xué)探測任務(wù);衛(wèi)星發(fā)射和接收天線要保持對地定向,以將科學(xué)數(shù)據(jù)傳回地球,供地面應(yīng)用系統(tǒng)研究;衛(wèi)星的太陽能帆板要保持對日定向,為了使電池陣盡量獲得日照,需采用正飛和側(cè)飛兩種姿態(tài),以獲得正常工作所需的電力,但也增加了姿態(tài)控制的附加要求和能量要求。在衛(wèi)星運(yùn)行期間,月、地、日三個天體都是相對運(yùn)動的,姿態(tài)控制是三矢量控制過程,需要在衛(wèi)星整體布局、質(zhì)量分布、多軸控制跟蹤等方面進(jìn)行很多新的理論研究,也帶來許多工程實(shí)踐上的挑戰(zhàn)。
衛(wèi)星環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計。月球衛(wèi)星運(yùn)行的空間環(huán)境復(fù)雜,對衛(wèi)星及各設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性、可靠性提出了更高的要求。如:地-月空間的強(qiáng)輻照環(huán)境會對電子器件產(chǎn)生很大影響;月球在對日面、背日面條件下的溫度變化梯度很大(-170至130℃),所以對探測器的溫控要求更高。
遠(yuǎn)距離測控與通信問題。月球探測一期工程的最大考驗是測控系統(tǒng),測控系統(tǒng)的傳輸能力要達(dá)到足夠遠(yuǎn)的距離。此前我國衛(wèi)星到達(dá)的最遠(yuǎn)距離只有7萬公里左右,而月球距地球平均38萬公里,給測控系統(tǒng)的傳輸能力帶來了挑戰(zhàn);另外,衛(wèi)星飛往月球過程中和運(yùn)行期間要進(jìn)行多次姿態(tài)調(diào)整,衛(wèi)星的調(diào)姿要能接力觀測到,測控應(yīng)滿足主要測控手段的可觀可控,但我國本土東、西只有5000公里,給測控的連續(xù)性提出更高的要求。我國尚未建成深空測控網(wǎng),目前采用航天測控網(wǎng)和天文觀測網(wǎng)相結(jié)合的辦法,基本可滿足要求,但余量太小,這是必須解決的難題。
科學(xué)數(shù)據(jù)的定標(biāo)和反演問題。嫦娥一號衛(wèi)星搭載的有效載荷,在上天之前要進(jìn)行定標(biāo),以保證科學(xué)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,因為沒有月球樣品,需要按照國際月球研究的成果,人工配制樣品進(jìn)行定標(biāo)。在數(shù)據(jù)反演過程中,由于衛(wèi)星姿態(tài)、軌道高度、空間環(huán)境的影響,必須對探測數(shù)據(jù)進(jìn)行消除各種偏差的處理,才能得到真實(shí)可信的月球科學(xué)數(shù)據(jù)。