“嫦娥二号”深空行

□ 新华社记者 田兆运 本刊特约记者 李筱梅

2011年6月9日15时30分，北京航天飞行控制中心。

在经过8个多月的太空飞行圆满完成各项工程目标和科学探测任务之后，“嫦娥二号”卫星再次成为举世关注的焦点。

与去年国庆节发射升空所不同的是，这次她将要在地面飞控中心的控制下，飞离月球，奔向更加遥远的深空，去开展人们所赋予她的新拓展性试验任务。

17时10分，在北京航天飞行控制中心的精确控制下，“嫦娥二号”卫星成功飞离月球，踏上了奔向遥远深空的探索之旅，为世人留下了一个美丽的背影。

大凉山深处嫦娥卫星再启航

月球，这是距人类生活的家园——地球最近的星体。在创造并流传了数千年的嫦娥奔月神话传说之后，中国航天科技开始将目光瞄准了这个充满着人类浪漫遐想的星球。

继上世纪90年代末中国最高决策层批准上马载人航天工程之后，被称为“嫦娥工程”的探月工程顺利获得批准立项。按照工程规划，项目将分为“绕”、“落”、“回”三期，计划在2020年前依次完成绕月探测、落月探测和无人采样返回。

与美国、俄罗斯等国不同，中国在探月与深空探测上起步较晚，走的是一条从中国实际出发的自主探月和深空探测的道路。

2007年10月24日，“嫦娥一号”卫星从位于大凉山深处的西昌卫星发射中心顺利升空，正式踏上了奔月之旅。2009年3月1日，在圆满完成一期的工程目标和探测任务后，“嫦娥一号”卫星在地面飞控中心的控制下受控撞月，为其奔月之旅画上了圆满的句号。

在“嫦娥一号”任务中，不仅完成了具有国际先进水平的全月球影像图，还获得了月壤、月表微波辐射和近月空间环境的大量数据，这些成果已经确定将免费供全球科学家使用，这无疑显现出中国人为国际宇航界贡献了自己的一份力量。

作为探月二期工程的先导星，为尽可能减少国家投入，“嫦娥二号”卫星尽可能地继承和利用了“嫦娥一号”备份星可以继承和利用的成熟产品和技术。但由于工程目标和科学目标的调整，“嫦娥二号”卫星的技术状态也有不少新变化。

首先，“嫦娥二号”在奔月轨道和环月运行轨道上不同于“嫦娥一号”。其将直接由运载火箭送至地月转移轨道进行奔月，这样既可以更好地节约卫星所携带的燃料，同时也可以缩短卫星到达月球的时间。在环月运行轨道上，“嫦娥二号”主要运行在100千米的圆轨道和近月点15千米、远月点100千米的椭圆轨道上，这样便可以更好地探测月球表面环境，验证“嫦娥三号”关键技术，并对“嫦娥三号”备选着陆区进行高分辨率成像。

其次，对有效载荷进行了较大调整和完善。“嫦娥二号”取消了原三线阵立体相机和成像光谱仪，新增了高分辨率CCD相机，旨在获取更高分辨率的月球表面三维影像，分辨率由“嫦娥一号”卫星的120米提高到优于10米，在近月点15千米处甚至达到1米。

第三，新增了技术验证分系统，包括X波段测控子系统、视频子系统及数据处理单元三部分，主要用于实现星地X频段测控体制验证，并试验降落相机和小型化、低耗能设计等相关技术，为二期工程进行先期验证和技术储备。

“嫦娥二号”卫星任务的最大难点，同时也是最大看点，就是降低环月轨道，对月球虹湾地区进行高分辨率照相，尽可能多地验证“嫦娥三号”探测器的关键技术，以降低其成功落月的风险。

嫦娥二号任务测控系统组成示意图

2010年10月1日18时59分57秒，在新中国成立第61个国庆日，亿万个中国家庭通过中央电视台新闻联播的直播画面，目睹了“嫦娥二号”卫星从西昌卫星发射中心冉冉升空，直插云霄的壮观场景。

绕飞月球完成预定试验获多项突破

“嫦娥二号”卫星发射升空后，经过奔月、近月制动、绕月飞行、降轨控制等多个关键环节，开始在环月工作轨道上运行。北京航天飞行控制中心通过分布在中国境内的测控站和国外测控站的跟踪测控，保证了卫星分别在100千米×100千米的圆轨道和100千米×15千米的椭圆轨道进行高分辨率成像和环月探测。

在对卫星的长期管理过程中，北京航天飞行控制中心始终坚持严慎细实的工作作风，严密组织每日管理工作，认真监视卫星工作状况，精心实施各项控制，对卫星实施了多次飞行姿态转换、轨道维持，两次控制卫星降低轨道，对虹湾区成功实施了低轨高分辨率成像，按计划完成了包括月球两极区域在内的全月面成像为主的各项科学试验任务。

在环月飞行期间，卫星系统、测控系统和地面应用系统精心组织开展了各项探测工作，严密监视卫星工作状态。“嫦娥二号”卫星在轨运行状态良好，完整获取了7米分辨率的月球表面三维影像数据，并且一直按计划持续开展4项科学目标的探测活动。

中国探月工程总设计师吴伟仁表示，“嫦娥二号”卫星成功发射和在轨运行期间，按计划完成了各项科研试验任务，在多个领域取得了预期的试验成果，获得了多项突破性成就。

一是突破了运载火箭直接将卫星发射至地月转移轨道的发射技术。“嫦娥一号”是先发射到地球附近的过渡轨道，再经过自身多次调整进入奔月轨道；而“嫦娥二号”卫星则由运载火箭直接送入近地点200千米，远地点约38万千米的奔月轨道，这样效率更高。

卫星飞行轨道示意图

嫦娥二号在轨飞行示意图

欧洲空间局

二是试验X频段深空测控技术，初步验证深空测控体制。“嫦娥二号”任务飞行测控首次验证了我国新建的X频段深空测控体制。相比“嫦娥一号”任务中使用的S频段卫星测控网，X频段无线电传输信号频率更高，远距离测控通信效果更好。

三是验证了100千米月球轨道捕获技术。相比“嫦娥一号”在距月面200千米处被月球捕获，“嫦娥二号”在距月面100千米处进行制动，飞行速度更快，轨道更低，制动量更大，同时月球不均匀重力场对卫星轨道的摄动影响也相应增大，大大提高了对卫星制动控制精度的要求。

四是验证100千米×15千米轨道机动与快速测定轨技术。“嫦娥二号”验证了100千米×15千米轨道机动与快速测定轨技术，测试将飞行轨道由100千米圆轨道调整为远月点100千米、近月点15千米的椭圆轨道的能力。

五是试验了全新的着陆相机，数据传输能力大幅提高。“嫦娥二号”增加配置了降落相机，以检验对月成像能力，为“嫦娥三号”月面软着陆做准备。数据传输速率也由“嫦娥一号”的3兆每秒翻倍为6兆每秒，还将进行12兆每秒的传播速率试验。

六是完成了对“嫦娥三号”预选着陆区的高分辨率成像试验。“嫦娥一号”搭载的CCD相机分辨率为120米，而“嫦娥二号”在100千米圆轨道和100千米×15千米轨道的近月点处，分别对“嫦娥三号”的预选着陆区进行优于10米和1.5米分辨率的成像试验，分辨率有了很大提高。

中国科学院院士、嫦娥卫星总设计师叶培建在近期的一次公开讲座中表示，“嫦娥二号”卫星所要完成的一个重要任务就是获取更清晰的月球表面图。目前全部图像的数据已经传回，科研人员正在进行数据的组合和三维图像的拼接。如果没有意外，年底前，这幅目前世界上最清晰的月球图将公布，分辨率将精确到7米。

“嫦娥一号”曾成功完成了120米分辨率的全月图。此次根据“嫦娥二号”传回的数据制作的月球影像图，分辨率将提高近20倍，月球上的许多细节将更为具体，将是世界上最清晰的全月图。

飞向深空开创中国航天新纪录

按照科技人员的规划，“嫦娥二号”的设计寿命是半年时间。在完成各项科研试验任务之后，卫星的命运成为人们关注的焦点。

早在“嫦娥二号”卫星发射之初，她的最终命运大致被设置为三种：一是对月球做补充探测，考虑卫星落月；二是飞向更远的太空，验证我国更远宇宙空间的深空探测能力；三是成为地球的卫星。

今年4月1日，“嫦娥二号”半年设计寿命期满，圆满完成了各项工程目标和科学探测任务。由于卫星和星上仪器状态良好，轨道控制精确，卫星还有不少燃料，经过工程指挥部门专家们科学决策，决定让它开展拓展性试验任务。

欧洲空间局

上海天文台VlBI中心

北京航天飞控中心专家周建亮说：“嫦娥二号的拓展性试验包括三项内容：第一项是补全月球南北两极的图像，第二项是再次降至近月点15千米轨道高度，对虹湾地区进行高分辨率的成像；这两项试验已经在5月23日全部完成。剩下的第三项，也是最重要的一项，就是择机从月球逃逸，飞往更远的深空。”

“嫦娥二号”卫星将要奔向的下一个目标是距离地球150万千米外的第2拉格朗日点。在地球围绕太阳运转的轨道面上，一共有5个拉格朗日点。而2号点，在太阳和地球连线的外侧，背对着太阳。“嫦娥二号”飞到第2拉格朗日点，可与太阳和地球间的相对位置保持不变，所受天体引力影响也将减到最小，处于真正的失重状态，可以进行更多的探测和实验。

据专家介绍，飞往日地拉格朗日L2点这一试验任务主要包括三个飞行阶段：月球逃逸段、转移飞行段、平动点环绕段。卫星从100千米环月轨道上经过两次加速进入转移轨道，逃逸月球以后，经过约3个月左右的转移飞行，其间要进行约四次的中途修正，才能到达L2点附近，经捕获后环绕L2点飞行。

在转移飞行段和平动点环绕段，将择机开展远距离的测控通信、平动点的轨道控制，同时在这个阶段还要择机开启太阳风离子探测器、太阳高能粒子探测器、X射线谱仪和伽马射线谱仪四台有效载荷，获取科学探测数据。

“嫦娥二号”卫星飞往L2点要实现的目标分为两方面：技术试验目标和科学探测目标。技术试验目标包括实现从月球到日地L2点的轨道转移及L2点的环绕飞行以及验证150万千米远距离的测控能力。

科学探测的两个目标分别是：在日地L2点开展地球远磁尾带电粒子探测；对可能出现的太阳X射线爆和宇宙伽马爆进行观测。

国防科工局的有关专家表示，这项任务的实施遵循三个原则：合理使用剩余燃料，尽量延长卫星的寿命；优先保证卫星安全，全力争取试验的成果；首先实现技术试验，同时深化科学探测。“比如说第一点要尽量延长卫星寿命，因为我国现在有两个深空测控站正在研制，在卫星坚持一年半到明年年底前的时候，就可以具备测控执行任务的能力，在嫦娥三号执行任务之前可以充分对这两个测控站进行验证。”

北京航天飞行控制中心“嫦娥二号”卫星测控系统副总设计师周建亮说：“我们从未到过150万千米这么远的距离，现在的月球探测也只是到40万千米左右的地方，所以对测控、通信、数据传输、轨道设计都要经过验证，表明我国在深空探测领域又向前迈进了一步。”

“距离远会带来很多的问题：信号的衰减使测控的难度大大增加。”周建亮说，“因为嫦娥二号本身不是为这项任务设计的，而且现在属于超期服役，我们只能充分利用嫦娥二号的在轨资源。现在为了做这个事情，几乎把它的能力挖掘到了极限，没有太多的余量处理各种异常或者风险，这对于卫星控制的成功率、可靠性都提出了很高的要求。”

根据工程总体的统一部署，探月与航天工程中心组织卫星系统、测控系统和地面应用系统制订了缜密的试验方案。

国防科工局有关负责人表示，此次拓展性试验具有轨道新、距离远、飞行时间长、准备时间短等特点，面临着很大的风险和挑战，其最终的试验成果将进一步验证我国深空探测关键技术，深化科学探测，获取更多创新成果，并为探月工程后续任务乃至深空探测的开展奠定坚实基础。

乌鲁木齐25米观测站

欧洲空间局库鲁站