嫦娥二号探月卫星研制：从确保质量到勇于创新
嫦娥二号探月卫星研制：从确保质量到勇于创新 更新时间：2010-10-16 7:32:42 2010年7月初，距离嫦娥二号卫星发射日期还有两个多月时间。 举行完简朴热烈的仪式，嫦娥二号卫星发射试验队领命出征。他们作为中国航天科技集团公司嫦娥二号任务的首支小分队，奔赴到那个三年前上演了“奔月神话”的西昌卫星发射中心。 在那里，他们开展了事无巨细的发射前各项准备工作。与火箭发射试验队一起，联袂上演了探月大戏，再探神秘广寒宫。 打好质量攻坚战 “如果发射场测试中的质量关没有把住，就等于几年的时间白白浪费，用功亏一篑来形容最合适。” 每逢航天重大发射活动，发射场工作定会成为众人瞩目的焦点，因为凝聚了无数人心血的星箭将从这里升入茫茫太空。在航天人眼中，这也是质量工作的最后一道防线。 “如果发射场测试中的质量关没有把住，就等于几年的时间白白浪费，用功亏一篑来形容最合适。”担任着卫星发射试验队主要管理协调工作的嫦娥二号卫星副总指挥太萍，经常将这句话挂在嘴边。 据她介绍，卫星发射试验队有150人左右，长期在发射场工作的人员有59位。在这支队伍中，47人是首次进场，40%左右的人员不到30岁，全队的平均年龄36岁。 这些数据无一不在阐释发射试验队“新”的特点。那么，最后的质量保卫战该如何打好？ 发射试验队组建以后，卫星“两总”系统主要领导认真分析了发射试验队的人员构成，决定通过以“老”带“新”的方式，确保新人更好地完成发射场各项工作。 刚开始的几天，发射试验队并不急于开展卫星测试工作，而是让进过场的“老人”带着没有进过场的“新人”，认真分析岗位工作任务，填写职责卡。每个人都要经过卫星型号“两总”的考核，对每项内容对答如流后才能上岗。 这样，无论是“老人”还是“新人”，都能快速进入角色，质量工作的效果非常明显。 嫦娥二号卫星进场的时候，恰逢鑫诺六号卫星处在发射场测试阶段。于是，同一厂房里出现了两个型号同时测试的情况。 “这种情况下，如果不对进入厂房的人员严加控制，势必会造成较为混乱的局面，也不利于厂房特殊测试环境的保持。”太萍说。经过统筹安排，他们既严格控制了进入厂房的人员数量，又保证了卫星的测试进度。 在两个多月的时间里，卫星发射试验队按照惯例，开展了若干次“复查”和“双想”工作。这些质量控制措施，经过了若干次航天飞行任务的检验，非常有助于识别风险和准备预案。 经过这样严格的培训和要求，即使是新进场的技术人员，也迅速熟悉了发射场的工作流程和具体做法，并对基础性的质量要求有了新的认识，养成了踏踏实实的质量作风。 相比卫星而言，火箭的发射场测试周期则短得多，一般情况下都控制在30天以内。执行嫦娥二号发射任务的火箭是长三丙火箭，它是长征三号甲火箭家族的“老幺”，已经圆满执行过4次飞行任务。 9月3日，长三丙火箭产品运抵西昌卫星发射中心。 当时，鑫诺六号卫星发射正牵动着长三甲系列火箭“两总”的主要精力，但火箭总设计师姜杰表示：“该做的工作我们一直在做。今年以来，长征三号甲系列火箭再次迎来高密度发射，很多事情都必须并行考虑。” 嫦娥二号任务对运载火箭提出了新的要求，推力要求更大，入轨精度和控制精度要求更高，特别是地月转移轨道发射技术是嫦娥二号任务的关键技术，也是中国航天史上首次使用这一技术，意义十分重大。 火箭总指挥岑拯也表示：“10月1日是国庆节，恰好是嫦娥二号卫星发射的窗口前沿。因此，这次发射被赋予了极不平凡的政治意义，保成功的压力更大。” 质量是火箭的生命，也是发射成功的根本保证。这是航天人多年来总结出的经验。对此，在高密度发射中执行任务的火箭发射试验队更是不敢懈怠。 长三丙火箭进场后，发射试验队紧密围绕发射场测试、发射工作这一主线，以及确保嫦娥二号卫星“准时发射、准确入轨”的工作目标开展质量工作。 为了确保长三甲系列火箭研制生产中发生的质量问题归零措施在这发火箭上得到有效落实，火箭发射试验队对长三甲系列火箭2007年10月至今发生的质量问题以及其他型号近期发生的质量问题，全部进行举一反三，并采取了必要的改进措施。 据姜杰介绍，发射试验队此次重点围绕技术状态变化在发射场落实、火箭最终状态确认及“5个百分之百”在发射场落实情况等3个主题，开展了16项专题复查，确保运载火箭系统在嫦娥二号任务飞行试验中“不留隐患、成功发射、准确入轨、万无一失”。 一步进入奔月轨道 “这意味着我国不但可以顺利地推进落和回阶段的探月工程后续任务，而且对我国今后有条件时进行火星、金星等深空探测奠定了坚实基础。” 10月1日傍晚，随着长三丙火箭的一声呼啸，嫦娥二号卫星顺利升空，并顺利进入地月转移轨道，踏上了奔月之旅。 这次发射，长征火箭创造了中国航天史上一个新的记录：中国从此掌握了地月转移轨道发射技术。岑拯略带激动地说：“这意味着我国不但可以顺利地推进落和回阶段的探月工程后续任务，而且对我国今后有条件时进行火星、金星等深空探测奠定了坚实基础。” 一步进入奔月轨道，这让中国航天人兴奋不已。 有人曾做过这样的比喻，嫦娥一号卫星采用的调相发射轨道犹如让卫星通过“走步梯”的方式，在星箭分离后依靠自身的动力达到奔月点，而嫦娥二号卫星直接由火箭送入地月转移轨道奔月口，好像是“坐电梯”，一步到位。这形象地说明了两种发射方式的不同。 嫦娥二号卫星总设计师黄江川说，长三丙火箭采用地月转移轨道发射嫦娥二号卫星，实际上使我国月球探测和深空探测具有了一种全新的能力，打造了更快捷的“天梯”。 “这种地月转移轨道发射方式，可以大大缩短卫星奔月的时间。相比于嫦娥一号卫星，嫦娥二号卫星的奔月时间缩短了近一半，只需112小时就可到达月球。”中国航天科技集团公司科技委副主任、中国探月工程副总设计师于登云说。 每一条飞行轨道的设计都是一个复杂的过程，地月转移轨道的设计则要考虑更多方面因素的制约。 发射当天，星箭分离时，卫星的速度与理论值几乎一致。用数据说话，这是航天科技工作者们一直以来的信条。如此高精度的发射，让指挥大厅里一片沸腾。 火箭发射试验队里，很多人禁不住流下了激动的泪水。特别是轨道设计师系统人员，他们为了将火箭的这条轨迹做到完美，在无数个日日夜夜里反复推导、优化设计，为此辗转难眠。 在进场之前，针对嫦娥二号卫星发射任务中运载火箭系统地月转移轨道发射技术这一关键技术，火箭研制队伍还组织了第三方复核复算工作，进行了长三丙火箭轨道设计复核复算、制导系统复核复算工作，力争在2010年的这个金秋画出最美丽的弧线。 事实证明，他们做到了。长征火箭 一步进入奔月轨道，注定将载入中国航天史册。 除了减少奔月的时间外，嫦娥二号任务还有意在卫星上配备了几台微小相机进行实时成像。在嫦娥二号卫星的奔月过程中，人们之所以能够及时看到不同于以往演示动画的真实画面，如太阳帆板展开、定向天线展开、发动机点火等关键环节，都得益于此。 对此，于登云表示：“在完成嫦娥二号卫星的主任务，并向全国人民展现一幅比原来清晰得多的高分辨率月面图像的同时，我们试图展示给全国人民更多好看的图像。” 追求技术创新与突破 有关专家表示，“嫦娥二号”任务就像是一期工程向二期工程的一个跳板，增加了很多新技术，对探月工程起到承上启下的关键作用，并对整个探月工程甚至航天事业的发展都具有十分重要的意义。 嫦娥二号卫星是嫦娥一号卫星的备份星，同时也是我国探月工程二期的先导试验星。那么，嫦娥二号卫星将在我国后续探月工程中发挥什么作用？ “嫦娥一号卫星各项任务的顺利完成标志着我国探月工程一期任务已经圆满结束，嫦娥二号卫星主要是为探月工程二期进行前期工程验证和探测，是探月工程二期的探路者。”在西昌卫星发射中心卫星测试厂房，嫦娥二号卫星总指挥张廷新指着卫星介绍说。 相比于嫦娥一号任务，嫦娥二号任务技术更新、难度更大、系统更复杂，相应的风险也更大。 有关专家表示，嫦娥二号任务就像是一期工程向二期工程的一个跳板，增加了很多新技术，对探月工程起到承上启下的关键作用，并对整个探月工程甚至航天事业的发展都具有十分重要的意义。 归纳起来，嫦娥二号任务主要实现了六大方面的关键技术创新和突破：一是突破运载火箭直接将卫星运送至地月转移轨道的发射技术，将卫星直接送入近地点200公里、远地点38万公里的奔月轨道；二是试验X频段深空探测技术，初步验证深空探测体制；三是验证100公里月球轨道捕获技术，“嫦娥二号”将在距月面100公里处进行制动捕获，卫星的飞行速度更快、轨道更低、制动量更大，同时月表物质分布造成的不均匀重力场对卫星轨道的摄动影响也将相应增大；四是验证近月点15公里、远月点100公里轨道机动与快速测定轨技术；五是试验全新的着陆相机；六是对后续工程预选着陆区进行高分辨率成像试验。 张廷新介绍，与嫦娥一号卫星相比，嫦娥二号卫星在许多关键技术方面都有原始创新。他如数家珍，随口举出了三个实例。 第一，嫦娥二号卫星GNC产品在主要继承嫦娥一号卫星的基础上，通过软、硬件的修改，实现了三大技术创新。一是通过紫外敏感器的软、硬件修改，实现了近月与环月的辅助导航。二是通过GNC软件升级，实现了更加灵活的轨道控制，可以实现非测控区的轨道控制，并可在变轨后当圈进入对月定向。三是实现了载荷与敏感器互用，紫外敏感器增加了拍图与传图功能，能够拍摄月球的130米分辨率的紫外图像，并能覆盖月面80%以上的区域。 第二，卫星技术人员重新设计了热控系统，对卫星舱内的热交换系统进行了重新设计和布局，卫星受到照射的部分和没有受到照射的部分之间能够迅速实现热交换，从而使其不至于高者过高、低者过低，而是维持一种平衡的状态。 第三，嫦娥二号卫星安装了三台监视相机与一台降落相机。三台监视相机即490牛顿发动机监视相机、定向天线监视相机及太阳翼监视相机。降落相机将用于获取月球表面图像，相机具备清晰拍摄与快速拍摄两种工作模式，可根据需要选择不同的工作模式，由于月面目标均为灰色，此相机为黑白相机。为了满足任务要求，同时尽量使相机做到重量轻、体积小、功耗低，降低卫星发射及在轨运行成本，四台小相机集成了多种先进技术。在总体方案设计上，采用了CMOS图像传感器，它是整个相机的核心元器件，具备集成度高、功耗低等诸多优点，有利于系统集成。为验证阳光直接照射进视场内对CMOS图像传感器有无影响，在地面进行了激光照射试验，还对其进行了各种抗辐照试验，确保CMOS图像传感器满足在轨使用要求。来源中国航天科技集团公司)