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“嫦娥”是如何“奔月”的?

  • 文章来源:科普中国
  • 文章发布时间:2018年06月13日
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  自古以来,人类对于月亮这个一直与我们相伴的星球都怀有着微妙的情愫,从嫦娥奔月的神话,到望明月思故乡的情怀,再到现在的登月探索,一轮明月,可谓载着全人类的梦想。

  2004年,中国正式开展月球探测工程,并命名为“嫦娥工程”。嫦娥工程分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段,现已在为收官做准备。

  在本月6日开幕的2017全球航天探索大会上,中国国家航天局探月与航天工程中心主任刘继忠首次透露了嫦娥五号月球探测器的着陆地点为月球正面的吕姆克山脉。他还表示,中国后续月球探测的重点在月球南极,并提出国际合作探月倡议。

  那么嫦娥工程的任务是什么?需要哪些技术支持?探月工程又是怎么样运作的?下面我们就来对我国的探月工程做一个详细的了解。

  探月工程五大系统

  探月工程作为我国一项科学探测工程由五大系统组成:地面应用系统、发射场系统、卫星系统、运载火箭系统和测控系统。

  

  一、 地面应用系统——嫦娥的“总司令”

  地面应用系统是承担这一任务的载体,是卫星在轨运行期间的业务运行管理中心,是卫星探测数据的接收中心,是体现既定科学目标和科学价值的研究与应用中心。

  

  地面应用系统将负责卫星下行数据的接收,月球探测科学数据的预处理、科学解译,并组织科学研究,因而是月球探测的最终归宿和科学价值的最终实现者。

  地面应用系统由运行管理、数据接收、数据预处理、数据管理、科学应用与研究五个分系统组成。

  已经建成的嫦娥一期工程地面应用系统运行场址和环境包括:密云站和昆明站这两个地面数据接收站都成了地面应用系统的数据接收分系统。

  

  

  图:密云站和昆明站

  二、发射场系统——嫦娥的起飞点

  发射场系统承担着月球探测卫星、“长征三号甲”火箭测试发射任务。西昌航天发射中心是以发射地球同步轨道卫星为主的大型航天器发射场,是一个技术状态良好、技术成熟度较高的发射场系统。

  2007年10月24日,“嫦娥一号”于在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空。

  

  西昌卫星发射中心(来源网络)

  三、卫星系统——嫦娥的“探测小分队”

  卫星系统主要负责我国第一颗绕月探测卫星“嫦娥一号”的研制工作。嫦娥一号卫星选用东方红三号卫星平台、携带激光高度计、CCD立体相机等7种有效载荷。

  

  嫦娥一号模型(来源网络)

  嫦娥一号由结构与机构,热控制,供配电,制导、导航与控制,推进,数据管理,测控数传,定向天线和有效载荷等9个分系统组成。这些分系统各司其职、协同工作,保证月球探测任务的顺利完成。其中星上有效载荷用于完成对月球的科学探测和试验,其它分系统则为有效载荷的保障系统。

  嫦娥一号卫星将直接执行月球表面三维影像探测、月表化学元素与物质探测、月壤厚度探测和地月空间环境探测等4项科学任务。

  四、运载火箭系统——嫦娥的“轿夫”

  嫦娥一号卫星将由长征三号甲运载火箭送入月球轨道。

  

  长征三号甲运载火箭(图片来源网络)

  长征三号甲火箭运载火箭是以中国运载火箭技术研究院为主体,历时8年研制的三级大型液体运载火箭,它在充分继承原有长征型号火箭成熟技术的基础上,采用百余项新技术,大大提高了我国运载火箭的适应性,使我国运载火箭设计生产水平上了一个新台阶。

  五、测控系统——嫦娥的“保护神”

  在嫦娥绕月探测工程五大系统中,测控系统至关重要,从运载火箭发射和嫦娥一号卫星的发射“启程”开始,航天测控通信网就通过强大的捕捉机构和能力,始终对“嫦娥”一号的运动和工作状态进行着严密的测量和控制。

  “保护神”的五大任务——轨道测量、遥测监视、遥控操作、飞行控制、提供地面数据保障。

  为了保证“嫦娥一号”探月的万无一失,我国采取了以S频段航天测控网(由北京、长春、青岛、西安、西昌、太原、酒泉、南宁、喀什等测控点以及远望号测量船构成)为主、以甚长基线干涉网(由北京、上海、昆明、乌鲁木齐四个天文观测站构成)为辅的联合航天测控网。

  那么嫦娥一号初出“远门”,谁负责和遥远的她时刻保持密切的联系?此时,我们将推出嫦娥一号五大系统的另一大功臣――VLBI测轨分系统。

  VLBI测轨分系统是嫦娥工程中十分重要的一个分系统,它肩负着参与“嫦娥一号”卫星的测、定轨任务,将与我国航天测控网一起,完成远离地球38万公里之遥的“嫦娥一号”卫星的精密测定轨任务,是整个工程不可或缺的一个十分关键的分系统。

  

  测控系统VLBI分系统测轨站分布图

  VLBI分系统的组成包括位于上海天文台的VLBI数据处理中心和国内四个基本VLBI观测站(上海佘山25米站、北京密云50米站、昆明40米站、乌鲁木齐南山25米站)。上海天文台作为VLBI测轨分系统研制责任单位,完成了嫦娥一号卫星任务VLBI分系统总体技术(实施)方案,并会同国家天文台、国家天文台乌鲁木齐天文站、国家天文台云南天文台和各外协单位,完成了VLBI台站的建设和改造任务。

  我国航天测控网可对火箭、各种轨道卫星和载人飞船等航天器提供高精度测控支持服务,实现了“飞向太空、返回地面、同步定点、一网多星、国际兼容、飞船回收”六大历史性跨越。

  为了实现探月梦,我们已然经过几代人的不懈努力,时至今日,嫦娥五号月球探测器将成为中国探月工程的收官之作,正所谓“雄关漫道真如铁,而今迈步从头越”,一个宏伟的飞天梦就这样被一点一点实现,嫦娥五号将会开启怎样的新篇章?让我们拭目以待。

  

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