探月工程五大系统:

地面应用系统:

探月工程作为我国一项科学探测工程,为实现既定的科学探测目标、确保科学产出的最大化和最优化,就必须做到探测数据的可靠接收、科学处理和有效应用。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。
根据工程任务和分工,地面应用系统将负责卫星探测期间有效载荷的业务运行管理及其科学探测计划的制定,是保障科学家体系在地面监督、指挥星上科学仪器有效工作必不可少的技术支撑平台。

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:

在中国科学院国家天文台内建设了由运行管理、数据预处理、数据管理、科学应用与研究四个分系统组成的地面应用系统总部。在北京市密云县建成了中国目前口径最大的50米天线的数据接收地面站。

在云南省昆明市建成了40米口径天线的数据接收地面站。

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。

发射场系统:

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。点击观看发射步骤:

  • 2007年10月24日,18时05分,于西昌卫星发射中心,长征三号甲运载火箭托举着嫦娥一号卫星顺利升空。
  • 第148秒,火箭一二级分离。
  • 第243秒,整流罩分离。火箭飞出了稠密的大气层。
  • 第271秒,火箭二三级分离。
  • 第609秒,远望号测量船传来消息,三级发动机一次关机,星箭结合体进入滑行阶段。
  • 第1249秒,三级二次点火。
  • 第1373秒,三级二次发动机关机。长征系列火箭完成了第103次飞行。
  • 24日18时30分许,卫星入轨。
  • 19时09分,嫦娥一号卫星发射成功,总里程100多万公里、时间为两周左右的漫长“嫦娥”奔月旅程开始了。  
  • 2007年10月31日,17时15分,南太平洋上空600公里。

嫦娥一号卫星底部发动机点火。推力为490牛顿的发动机通过连续10多分钟的点火,使体重2300余公斤的“嫦娥”飞行速度提高到10.58公里/秒以上,进入中国科学家们为其设计的一条连接地球与月球的“天路”即地月转移轨道,顺利与月球交会。

2007年11月5日11时15分,近月点。

第一次近月制动即“刹车”准确实施,“嫦娥”成功被月球引力捕获,进入周期12小时、近月点210公里、远月点8600公里的月球椭圆轨道,投入月球怀抱,成为一颗真正的“月球卫星”。

2007年11月7日,127分钟月球轨道。

以嫦娥一号卫星准确进入127分钟、200公里高度的月球轨道为标志,中国航天史上最远的“长征”以近乎完美的方式宣告成功。嫦娥一号的首飞任务实现“准确发射,准确入轨,精密测控,准确变轨,成功绕月”。

卫星系统:

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。

嫦娥一号卫星是我国第一个月球探测卫星,于2005年年底完成了卫星初样产品的研制和相关试验,2006年10月前完成探月卫星正样产品的设计、研制、总装、测试和各项试验,2007年8月已完成了产品研制,并通过了各项试验考核验证。

嫦娥一号卫星选用东方红三号卫星平台,并进行了适应性改造。其外形与东方红三号卫星相似,卫星本体为一个2.22米×1.72 米×2.2米的六面体,两侧各装有一个大型展开式太阳电池翼,当两侧太阳翼完全展开后,最大跨度可以达到18米,重量为2350千克,设计工作寿命为一年,将运行在距月球表面200千米高的极月圆轨道上。

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。

中国的航天器已经到达的距地球最远的距离为7万公里,而月球距地球38万公里,而且月球以及月球与地球和太阳的相对关系非常复杂,所以嫦娥一号卫星与一般的地球卫星有很大不同,在轨道设计、测控、制导导航与控制、热控和数据接收天线研制等方面具有自己的特殊性和关键技术。

运载火箭系统:

嫦娥一号卫星即将被送入送入月球轨道。而此次担当发射重任的,就是我国的金牌火箭――长征三号甲运载火箭!我们将很快看见它携带嫦娥 一号月球探测器,克服地球引力的束缚,将卫星送入月球轨道的场面。

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。1986年2月,为了加速发展我国的卫星通信事业,中央决定开展我国第二期卫星通信工程,并于3月31日批准立项,5月31日正式命名为“862”工程。本工程的核心是东方红三号,当时,东方红三号是国内具有八十年代技术水平的最新通信卫星,其质量约2.2吨,长征三号甲火箭是与其配套的运载火箭。

长征三号甲火箭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,其中在研制中突破的氢氧发动机、四轴惯性平台、氢能源伺服机构、冷氦增压系统等四大关键技术,大大提高了我国运载火箭的适应性,增强了在国际商业发射市场上的竞争能力,使我国运载火箭设计生产水平上了一个新台阶 。

 

测控系统:

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。打个比方说就是不管“嫦娥”飞到哪里、走得多远,始终有一根无形的线在掌控着它。在“嫦娥”一号实施的整个过程中,航天测控通信网像一张百密而无一疏的恢恢天网一样,始终掌管着“嫦娥”一号的“一举一动”。
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,负责其整个飞行任务期间的几大任务。

“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。
以前我国所进行的航天测控一般是采用统一的S频段航天测控网(USB),尽管它经过了包括载人航天工程在内的地球卫星、载人飞船等的严格考验,证明了它的先进性、成熟性和可靠度。但是,对于月球探测工程来说,一方面,由于月球卫星距离地面测控站的距离比地球卫星远得多,所以测量控制的难度大得多;另一方面,我们对月球特别是其重力异常等情况了解不多,所以只有在确保“看得见”和“测得准”的基准下,才能及时“控得住”。

经过我国测控专家的多方研究、实验和论证,为了保证“嫦娥一号”探月的万无一失,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,并且在此基础上,根据探月的特点进行适当的技术改进,以满足“嫦娥一号”各飞行阶段的遥测、遥控、轨道测量和导航任务,让远行的“嫦娥一号”一路平安飞完它的闪光一生。

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。

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。

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。

VLBI测轨分系统是嫦娥工程中十分重要的一个分系统。它的设立是工程总体根据我国国情制订的创新决策,也是中科院长期科研工作的积累。

踏实沉稳的“保护神”

为满足载人航天的基本要求,我国航天测控网建立了网络管理中心,对测控网进行集中监控,并负责测控资源的动态优化配置,实现了对陆上、海上所有13个测控站的联网和统一管理调度。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。我国航天测控网不仅轨道测算精度高,而且具备天地话音、电视图像和高速数据传输等能力。测控中心的专家组可根据各测控站传来的信息,研究决策并直接向航天器发送指令,实现了对航天器的“透明”控制,大大强化了监控能力,特别是提高了在应急情况下的测控能力。我们充分利用我国有限的国土跨度和其他资源,通过优化测控站、船布局,确保航天器在上升段、变轨段、返回制动段、分离段等关键飞行段落的测控支持。