于10月24日发射升空的我国首颗探月卫星——嫦娥一号,在中国空间技术研究院飞控试验队与航天指挥控制中心的共同努力下,于11月X日卫星成功进入月球轨道,此举标志着嫦娥一号卫星成功实现奔月,我国继人造地球卫星、神舟载人飞船之后成功书写了太空全新篇章。
据中国空间技术研究院嫦娥一号卫星总指挥兼总师叶培建介绍,嫦娥一号卫星的成功研制、发射和绕月飞行,表明我国在空间技术领域实现了多项新技术的突破。
一是首次采用了大角度机械扫描天线——S波段定向天线。定向天线是一个复杂的机、电、热多学科组合系统。系统设计时需要考虑很多跨学科跨专业的问题,涉及到总体、控制、机构、热控、通信等专业。定向天线研制人员攻克了系统布局设计、压紧释放机构设计和双轴驱动机构设计等技术难关,保证了嫦娥一号卫星在距离地球40万公里远处仍能很好建立星地间数传与测控信号的无线通信链路,保证了卫星圆满完成运行与科学探测任务。
二是首次使用了紫外月球敏感器。红外地球敏感器在人造地球卫星和宇宙飞船上应用得非常普遍,但这种敏感器并不能应用于月球探测任务,因为月球不具有稳定的红外辐射。所以研制人员研制了紫外敏感器来作为嫦娥一号的“眼睛”观察月球。紫外月球敏感器是一种全新的具有国际水准的设备,也是首次上天。紫外月球敏感器是一种成像式姿态敏感器,可以确定对月俯仰、滚动姿态。在150°大视场光学设计、复杂月像处理并提取姿态信息及整机地面试验与验证等方面均有所创新,产生了若干项自主知识产权。
三是首次设计出卫星奔月轨道。地球到月球不但距离遥远,而且月球自身还在围绕地球进行公转,因此,如何让嫦娥一号卫星与运动着的月球精确交会,并沿着卫星在月球上的工作轨道运行是一个非常复杂的技术。嫦娥一号卫星的飞行轨道受地球和月球的相对运动以及月球的引力、变轨过程应处于地面测控站和测控船可见弧段内、运载火箭推力和发射窗口的选择、卫星燃料携带量限制、轨道阴影分布,以及卫星能源供应等一系列条件的制约。在轨道设计过程中,科技人员综合考虑了各种情况,最终设计出一条使嫦娥一号卫星奔月飞行所需能量最少、发射和变轨过程风险最低的轨道,整个飞行需经历调相轨道、地-月转移轨道、月球捕获轨道、环月轨道等几个阶段。嫦娥一号卫星的奔月之路,不仅为嫦娥一号卫星的奔月之旅在中国航天史上留下了独特的印迹,也为月球探测工程和今后的深空探测轨道设计积累了宝贵的经验。
四是研制出适应地月复杂热环境的整星热控制分系统。嫦娥一号卫星在奔月及环月过程中,空间环境条件变化剧烈,轨道环境复杂,星体各个表面外热流变化很大,没有相对稳定的散热面。同时由于受总体布局方案和整星重量的限制,一些相对较重的主动热控装置(如百叶窗)不能采用,使得一些设备的热设计十分困难。最终,科研人员为嫦娥一号卫星研制了一套能同时适应地月转移和月球环境的温控系统,使卫星在热的时候能够起到散热的作用,在寒冷的环境下又能够保证卫星的温度。对月探测中,嫦娥一号这个六方体中安装科学探测仪器的一面要一直对着月球。为此,星体的这个对月面采用了一种特殊的超级隔热材料,主要是为了防止月面上的红外热流对卫星探测仪器产生影响。而其余的5个面由于不对着月面,所以安装了一种特殊的散热面材料,能够做到最大程度的散发热量。遇到月食时,嫦娥一号卫星需经历长达5小时的寒冷环境,热控制分系统采用了导热管和相变热管技术,可以把发热量大的仪器的热量传导到不发热的仪器上,让热量在导管内部循环流动,使冷热面的温度得以均匀化,从而保证嫦娥一号所有仪器温度在正常工作范围内。
五是测控分系统采用的S波段测控全向天线较以往卫星天线指标有很大的提高。全向天线原指标要求为:全空间覆盖、90%区域增益大于0dB、100%区域大于-5dB。研制单位经过理论分析、系统仿真、单元天线测试、辐射模拟星测试等工作,单元天线电性指标已满足总体指标要求。鉴于系统实现难度较大,地面测控系统新增两个18米天线,比原有系统增益指标改善4dB。经工程总体批准,对测控全向天线正样指标进行了修改。全向天线已达到的电性指标可以满足工程总体修改后的指标要求。此外,通过研制和发射嫦娥一号卫星,航天科技工作者在GNC分系统、数管设计等方面也取得了一系列具有自主知识产权的新技术,为以后的深空探测打下了良好的基础。