2007年10月24日,北京時間10,探測器從西昌衛星發射中心成功發射。
165438+10月26日,中國國家航天局正式發布了嫦娥壹號衛星發回的首張月球圖像。
概況
嫦娥壹號是壹個立方體,兩邊各有壹塊太陽能電池板,最大跨度18.438+0m,重量2350kg,工作壽命壹年。它將在距離月球表面200公裏的圓形極地軌道上運行。
衛星平臺由九個子系統組成:結構子系統、熱控子系統、制導、導航與控制子系統、推進子系統、數據管理子系統、測控數據傳輸子系統、定向天線子系統和有效載荷。這些分系統各司其職,協同工作,保證了探月任務的順利完成。衛星上的有效載荷用於完成對月球的科學探測和試驗,其他分系統為有效載荷的正常工作提供支持、控制、指令和管理保障服務。
根據我國探月衛星工程的四大科學目標,嫦娥壹號搭載了8種24臺科學探測儀器,重130 kg,分別是微波探測器系統、γ譜儀、X射線譜儀、激光高度計、太陽高能粒子探測器、太陽風離子探測器、CCD立體相機和幹涉成像光譜儀。
航天專家介紹,電星的測試主要用於壹些具有電子性能的設備的綜合測試,結構星的測試主要是考核結構設計的合理性和整星溫控設計的合理性。目前,這兩顆原型機的結構制造已經完成,年底前將啟動整星測試。在此基礎上,將研制嫦娥壹號的原型衛星。據介紹,整個初樣測試階段將持續到2007年6月,之後將進入衛星樣星的研制階段。
為確保探月工程的完成,科研人員為承擔衛星發射任務的長三甲火箭設計了41項可靠性,以提高其運載可靠性。
嫦娥壹號是中國第壹顆繞月人造衛星。以中國古代神話人物嫦娥命名,於2007年10月24日約18: 05 (UTC+8: 00)在西昌衛星發射中心發射,整個“飛向月球”過程約需8-9天。預計衛星總重量約2350kg,使用壽命大於1年。該衛星的主要探測目標是:獲取月球表面的三維圖像;分析月球表面有用元素的含量和物質類型的分布特征;探測月球土壤厚度和地球到月球的空間環境。
技術困難
1,軌道設計與飛行程序控制
2.衛星姿態控制的三矢量控制問題。
3.衛星環境的適應性設計
4、遠程測控和通信問題
嫦娥壹號衛星由中國空間技術研究院研制,主要用於獲取月球表面三維圖像,分析月球表面相關物質元素分布特征,探測月壤厚度,探測地月空間環境。“嫦娥壹號”探月衛星由衛星平臺和有效載荷組成。衛星平臺采用東方紅三號衛星平臺技術研制,科研人員對結構、推進、電源、測控、數據傳輸等8個子系統進行了適應性修改。有效載荷包括CCD立體相機、成像光譜儀、太陽宇宙線監測儀、低能粒子探測器等科學探測儀器。
嫦娥壹號探月衛星於2007年6月在西昌衛星發射中心由長征三號甲運載火箭發射升空。衛星發射後,用8到9天時間完成調相軌道、地月轉移軌道和繞月軌道,執行科學探測任務。它將完成四項科學任務,其首要目的是為月球“畫像”,即通過各種手段獲取月球表面的圖像和三維圖像。此外,還要分析月球表面有用元素和物質類型的分布特征,探測月壤厚度和地月空間環境。
據專家介紹,嫦娥壹號衛星有兩米見方。太陽翼展開後,最長可達18米,起飛重量2350公斤。衛星飛到月球附近需要10-12天。嫦娥壹號的設計壽命是壹年,完成任務後不會返回地球。
計劃準備
探月計劃已經醞釀了10年。
早在1994,
1996,探月衛星技術方案研究。
1998完成衛星關鍵技術研究,後期開展進壹步論證工作。
試驗
中國探月計劃的第壹顆衛星嫦娥壹號的有效載荷原型系統正在進行最後的聯合測試,以確保未來科學探測設備在太空中正常工作。
嫦娥壹號衛星有效載荷的研制和測試由中國科學院空間科學與應用研究中心負責。有效載荷總指揮、空間科學與應用研究中心主任吳季在6月6日接受16采訪時表示:“在有效載荷樣機系統聯試的最後階段,所有研制人員要繼續保持嚴謹細致的工作態度,按質量要求完成樣機的聯試,確保有效載荷設備順利交付,圓滿完成工程任務。”
衛星有效載荷隨著不同的空間任務而變化。目前主要是科學探索的儀器和科學實驗的設備。嫦娥壹號衛星的有效載荷將包括微波探測器子系統、空間環境探測子系統和有效載荷數據管理子系統。
據了解,微波探測器分系統將主要對月壤厚度進行估算和評估,這是世界上首次采用被動微波遙感方式對月球表面進行探測。空間環境探測分系統由太陽高能粒子探測器等三個裝置組成,將探測地球、月球和近月的空間環境參數。
“嫦娥壹號”於2007年發射,隨後繞月探測壹年。
經過長期的準備和10年的論證,中國的探月工程於2004年1月正式立項,被稱為“嫦娥工程”。目前,該項目主要開展月球探測、月球三維圖像分析、月球有用元素和物質類型的全球含量和分布調查、月球土壤厚度探測和地月空間環境探測。
衛星發射
嫦娥壹號衛星發射後將被送入地球同步橢圓軌道,離地最短距離200公裏,最遠距離51000公裏。探月衛星將繞這個軌道運行1.6小時,然後通過加速進入壹個更大的橢圓軌道,離地最短距離500公裏,最遠距離1.28萬公裏。此後,探測衛星不斷加速,開始“沖”向月球。經過約114小時的飛行,在即將到達月球時,依靠控制火箭的反向助推器減速。被月球引力“俘獲”後,成為繞月衛星,最終在距離月球表面200公裏高度的極地月球軌道上繞月飛行,開展拍攝三維影像等工作。
衛星飛向月球的總時間是114小時,距離地球接近384400公裏。以前中國發射的衛星壹般都在離地35800公裏左右,差不多相差10倍。
嫦娥壹號發射倒計時
36小時:部分系統進行最後的“體檢”。
12小時:進入發射前功能檢查狀態。
8小時:進入發射程序,各系統做輔助準備。
7小時:加註液氧。
5.5小時:加註液氫。
2小時:進入發射前系統。地面開始給系統加電,同時開始發出各種密碼。
40分鐘:3號塔回轉平臺開始展開。
15分鐘:最後壹批人員撤離。
90秒:通電。電源從地面到系統內部的電池向系統供電。
60秒:從塔後延伸到前塔的橙色索擺桿此時擺出來,準備點火發射火箭。
40秒:指揮官01開始報告倒計時。
30秒:拉。過去是發射系統的專屬指揮。雖然相關系統已經不用了,但是這個程序壹直沿用到今天。
10秒:點火倒計時。
0秒:點火。
雜誌
2007年10月24日18: 05,04.602秒發射成功!
18: 07火箭主次分離
整流罩將火箭與大氣層隔開。
18: 10火箭兩級分離
18: 65438+
18: 25衛星進入初始地球軌道。
18: 26三級火箭的二次點火
18: 28三級火箭發動機二次關閉
18: 29,與衛星分離的衛星進入近地點205km、遠地點50930km、周期16h的超地球同步軌道。
18: 36衛星指控轉北京航天控制中心。
衛星太陽能電池板打開。
65438+10月24日19: 00確認發射成功!
10月25日17: 55完成第壹次變軌!指令發出130秒後,衛星近地點高度由約200 km提升至約600 km,變軌取得圓滿成功。這次變軌說明嫦娥壹號衛星的推進系統工作正常,也為後面的三次近地點變軌奠定了基礎。嫦娥壹號衛星在周期約16小時的橢圓軌道上繞壹圈半後,在第二遠地點進行變軌。
65438+10月26日17: 44,王源三號船報告:嫦娥壹號衛星成功實施第二次變軌!這是衛星的首次近地點變軌。
嫦娥壹號衛星第二次變軌後將進入24小時周期軌道。遠地點高度從5萬多公裏增加到7萬多公裏。
65438年10月29日,第二次改變近地點軌道,衛星遠地點高度從7萬多公裏提高到12萬多公裏,刷新了我國最遠空間TT&C紀錄。進入繞地球48小時周期軌道。北京時間10月29日01: 39,18: 00,從王源三號測量船傳來消息,衛星第三次成功入軌!
10,31,17: 28,嫦娥壹號衛星成功進行第三次近地點變軌,成功進入地月轉移軌道,開始飛向月球。衛星遠地點高度由1.2萬公裏提高到37萬公裏,進入1.1.4小時地月轉移軌道。這也是衛星入軌後的第四次變軌。北京時間17點15分,嫦娥壹號衛星收到指令,工作784秒後發動機正常關機。北京飛控中心對各種測量數據的計算表明,衛星變軌成功!成功從繞地軌道進入地月轉移軌道。
165438+10月2日上午10: 33,嫦娥壹號衛星成功進行了首次中軌修正。10: 25,嫦娥壹號衛星按照指令要求,成功點燃星上兩臺小推力發動機,衛星飛行航向修正。10: 33,發動機關閉,衛星第壹次軌道修正完成。(後來取消了)
10月5日1111時05分,嫦娥壹號衛星主發動機點火,開始近月第壹次制動。最近幾個月的剎車會持續22分鐘。11時37分,嫦娥壹號衛星主發動機關閉,近月首次制動結束。到達距月球420公裏處,第壹次近月制動進入月球軌道12小時。
165438+10月6日,第二次近月制動進入軌道,周期3.5小時,近月點200公裏,遠月點1700公裏,運行3次。
165438+10月7日8點24分,近月第三次剎車開始,這次近月剎車將持續10分鐘。8點34分,近幾個月的第三次剎車順利完成。衛星進入周期為127分鐘、高度為200公裏的極月圓軌道,開始工作,向地面發回30首歌曲。
165438+10月26日,中國國家航天局正式發布了嫦娥壹號衛星發回的首張月球圖像。這張月球表面的圖像位於東經83度到57度,南緯70度到54度。地圖寬約280公裏,長約460公裏。
換曲目
意義
24日18: 29,衛星與箭體成功分離後,嫦娥壹號衛星進入近地點205km、遠地點50930km、周期16h的超地球同步軌道。衛星在這個軌道上“運行”壹圈半後,預計在25日下午進行第壹次變軌。變軌後,衛星軌道的近地點將提高到距地球600公裏左右。衛星與運載火箭分離後,需要四次變軌才能逐漸加速到地月轉移軌道的入口速度。每次近地點加速只需要幾分鐘,需要在短時間內給衛星發送指令,衛星發動機必須準確響應,否則衛星可能會飛向其他方向。
位置
25日17: 55,北京航天控制中心成功對嫦娥壹號衛星實施首次變軌控制。這次變軌是衛星運行到遠地點時進行的,後面要進行的三次變軌都是在近地點進行的。為什麽第壹次變軌選在遠地點?
來自北京跟蹤通信技術研究所的張博是探月工程TT&C系統的總設計師,並參與了嫦娥壹號衛星TT&C通信方案的總體設計。他說,衛星在進行變軌控制時,壹般都是在近地點和遠地點進行,這樣可以最大限度地節省衛星上攜帶的燃料。嫦娥壹號衛星第壹次變軌是在遠地點進行的,目的是提高近地點的軌道高度。
"只有在遠地點改變軌道,才能提高近地點的軌道高度."張博說,“同理,要改變遠地點的高度,就必須在近地點實施變軌。我們提高衛星近地點高度進行第壹次變軌後,會增加布置在近地點附近的測量船的跟蹤測量時間,有利於監測變軌過程。因為,衛星離地面越高,測控站和船跟蹤控制的時間就越長,這就為以後要進行的三次近地點變軌打下了堅實的基礎。”
張博說,按照測控計劃,嫦娥壹號衛星將於65438年10月26日進行第壹次近地點變軌。變軌後,衛星將進入遠地點為71400 km的軌道,周期為24小時。第二次近地點變軌後,衛星將進入遠地點為121700 km、周期為48小時的繞地球軌道。在第三次近地點變軌時,衛星將進入地月轉移軌道,踏上為期5天的奔月之旅。
根據開普勒行星運動三定律第壹定律:所有行星都有橢圓軌道,太陽位於橢圓的壹個焦點上。在以太陽S為極點,以近日點方向SP為極軸的極坐標中,行星相對於太陽的軌跡為橢圓PP1P2P'1P ',PSP'=2a代表橢圓的長徑。這條定律也適用於衛星系統。既然是橢圓軌道,當然有離地球最近和最遠的地方。所以橢圓軌道上(離地球)最遠的飛行物是遠地點,最近的是近地點。
遠離地球
發射後,嫦娥壹號衛星要在五天內繞地球轉五圈。第壹階段是轉三圈,每圈16小時,第二階段是24小時轉壹圈,第三階段是48小時轉壹圈。
火箭將衛星送入軌道後壹天左右,指令註入地面,點燃衛星主發動機變軌,將近場提升到600公裏左右,使衛星經過測控站上方時速度相對降低,便於後續控制。第二次、第三次、第四次點火是用來變軌,讓衛星不斷加速:這三次變軌的目的就是加速。每次變軌,衛星的速度都會增加壹點。通過三次積累,衛星將加速到10.965,438+06 km/s以上進入地月轉移軌道的最小速度,飛向月球。
十個關節點
65438+10月24日18: 05,在素有“月亮女兒的故鄉”之稱的西昌,嫦娥壹號衛星由長征三號甲運載火箭成功升空,“嫦娥”由此開始了奔月之旅。
在嫦娥壹號衛星飛向38萬公裏外的月球的漫長旅程中,需要壹系列高度復雜和高風險的動作。
“如果能順利完成從衛星發射到最終數據分析的10個關鍵環節,那麽中國首次探月將取得圓滿成功。”中國探月工程總指揮欒恩傑在接受新華社記者采訪時說。
那麽,這10的關節點指的是什麽呢?
關節點壹:發射
正是被稱為“金牌火箭”的長征3A運載火箭將嫦娥壹號衛星送入太空。
縱觀人類探月史,在美國和蘇聯20世紀的探月活動中,因運載火箭故障導致的探測失敗占了很大比重。因此,運載火箭的高可靠性是保證探月成功的必要前提。
此次發射是長征三號甲運載火箭的第15次發射。到目前為止,該型火箭的發射成功率為100%。此前,長征三號甲運載火箭和廣泛使用的東方紅三號衛星平臺已經“聯姻”過多次,每次都是圓滿成功。用這樣的“大力神”托起東方紅三號衛星平臺上研制的嫦娥壹號衛星,再合適不過了。
在我國現有的三個航天發射場中,只有西昌衛星發射中心具備發射長征三號甲等大推力火箭的能力,並且緯度低、海拔高、氣候宜人、交通便利,是發射各種地球同步軌道衛星的理想場所。
接合點2:進入軌道
衛星能否準確進入預定軌道,是判斷發射成功與否的重要標誌。
長征三號甲運載火箭發射嫦娥壹號衛星時,首先通過壹級、二級、三級的首次點火,將衛星送入近地軌道,然後在近地軌道滑行壹段時間。
火箭起飛後的1249秒,第三級火箭第二次點火;1373秒,三級火箭二級點火發動機關閉。1473秒,星箭分離成功。嫦娥壹號衛星進入近地點約200公裏、遠地點約51000公裏、運行時間16小時的大橢圓軌道,成為繞地球飛行的衛星。
關節點三:變軌
嫦娥壹號衛星16小時在軌飛行壹圈半後,10年10月25日下午,指令註入地面,衛星上的調姿發動機開始點火。大約4分鐘後,推力為490牛頓的主發動機點火變軌,將衛星軌道的近地點提高到距離地球約600公裏。
65438年10月26日下午,當衛星再次到達近地點時,衛星的主發動機再次開啟,巨大的推力使衛星上升到24小時軌道。
24小時軌道三圈後,衛星上的主發動機第三次點火,實施第二次近地點變軌,嫦娥壹號衛星進入48小時軌道。這壹刻發生在10月29日10左右。
這些變軌是通過衛星上的發動機給衛星加速。理論上可以實現壹次變軌,但為了充分利用燃料,便於地面控制,科學家們將變軌逐步分解。
關節點4:奔向月球
嫦娥壹號衛星在三個橢圓軌道上“預熱”七天後,將正式飛向月球。
6月365438+10月31,衛星再次到達近地點時,主發動機開啟,短短幾分鐘內衛星速度提升到10.95438+06 km/s以上,進入地月轉移軌道,地球對月球的飛越才真正開始。
嫦娥壹號衛星選擇這種方式飛向月球有三個好處:壹是可以保證重力損失控制在5%以下;其次,多個近地點機動布置在同壹區域,有利於地面監測;第三,可以安排24小時軌道,可以輕松解決發射日期延遲的問題。
關節點五:矯正
嫦娥壹號衛星在地月轉移軌道,即地球軌道到月球軌道的距離,需要飛行約114小時。
在人類探月活動的歷史上,發生過多次探測器未能捕獲月球而迷失於恒星之間的事故,大多是由於衛星在飛行過程中姿態和速度控制不準確造成的。如果衛星在地月轉移軌道近地點的速度誤差為1m/s,或者高度誤差為1km,那麽在近月飛行時就會產生幾個千千米的位置誤差。
嫦娥壹號衛星在高速飛行過程中,必須在地面的指揮下進行中途變軌。壹般來說,至少需要修改兩次,第壹次在進入地月轉移軌道壹天內,第二次在到達月球前壹天內。這些指令是由北京的航天飛行控制中心發出的。
連接點6:制動
165438+10月5日左右,嫦娥壹號衛星到達距離月球200公裏的位置時,需要減速制動,即“剎車”。只有這樣才能被月球引力捕獲,成為繞月飛行的衛星。
這是繞月飛行的重要壹步:如果“剎車”晚了,衛星就會撞上月球;如果“剎車”早,就會飄到太空。“剎車”成功與否,取決於當時衛星的位置和速度矢量是否正確。經過多次反復核對和計算,中國科學家突破了這壹技術難題。
關節點七:繞月
嫦娥壹號衛星近月第壹次制動將於10月5日1111時25分,由地月軌道轉移至12小時月球軌道。從這壹刻開始,嫦娥壹號衛星成為了真正的繞月衛星。
165438+10月6日左右,嫦娥壹號衛星近幾個月第二次剎車,速度進壹步降低。衛星進入壹個3.5小時的軌道,在這個軌道上運行了7次。
165438+10月7日左右,嫦娥壹號衛星近月第三次制動,進入月球極地軌道127分。這是衛星繞月飛行的工作軌道。這個軌道是圓形的,距離月球表面200公裏。
此時,嫦娥壹號衛星將向地面發回公眾投票選出的30首歌曲。
關節點八:檢測
月球軌道建立後,嫦娥壹號衛星攜帶的“八種武器”將開始大顯身手,為完成四大科學目標開展緊張忙碌的工作。
如果不出意外,衛星攜帶的CCD立體相機可以在11結束時發回第壹張月球照片,這是繞月成功的重要標誌。
幹涉成像光譜儀、激光高度計和CCD立體相機將完成第壹個科學目標,即獲取月球表面的三維圖像;伽馬射線光譜儀和X射線光譜儀將協同工作,分析月球表面有用元素和物質類型的含量和分布。
首次應用於月球探測的微波探測器,將探測月球土壤厚度和氦-3資源量;由太陽高能粒子探測器和太陽風離子探測器組成的空間環境探測系統,將通過連續捕獲質子、電子和離子,對4萬至40萬公裏範圍內的“地月”空間環境進行探測。
關節九:傳輸
按照科學家的通俗說法,我這次給嫦娥買了壹張“單程票”。那麽,壹去不復返的嫦娥壹號衛星如何從38萬公裏外將探測數據傳回地球?
嫦娥壹號衛星攜帶的發射天線有兩個:壹個是定向天線,方向始終對著地球上的接收天線;壹種是全向天線,即沒有固定方向的天線。
巨大的空間衰減和時間延遲大大增加了地面接收探月數據的技術難度。地面應用系統為此專門建造了兩臺被稱為射電望遠鏡的大口徑天線:壹臺在北京密雲,天線口徑50米;壹個在雲南昆明,直徑40米。
兩根大口徑天線,就像壹雙巨大的眼睛,時刻註視著嫦娥壹號衛星的壹舉壹動,收集衛星傳輸的所有信息。
連接點10:研究
嫦娥壹號衛星歷經無數艱難險阻獲得的數據非常珍貴。能否充分利用這些數據,將決定探月活動的價值。
傳輸到地面的數據會送到北京的地面應用系統總部進行預處理。地面應用系統將組織更多的科學家和技術人員對預處理後的數據進行進壹步的研究和處理,得到最新的研究成果或科學發現。
國家航天局宣布,嫦娥壹號衛星獲得的許多數據將完全公開,供世界各國科學家研究和共享。嫦娥,這個土生土長的中國人,將為人類的航天事業做出自己的貢獻。
各界的反應
雖然比世界上第壹顆探月衛星——前蘇聯的“月球1”晚了48年9個月22天,但開啟中國航天深空探測時代新篇章的探月工程仍然受到國際社會的廣泛關註。“嫦娥壹號”探月衛星發射後,外媒立即對此進行了評論。
美聯社:中國在月球上邁出了第壹步。
在西昌衛星發射中心宣布衛星與箭體成功分離後,美聯社隨即發布了《中國成功發射壹顆探月衛星》的報道:“中國成功發射第壹顆探月衛星,邁出了雄心勃勃的10年計劃的第壹步,即將著陸器送上月球並返回地球。中國國家電視臺播放了火箭起飛的畫面……”
路透社:“嫦娥”為登月計劃做準備。
英國路透社24日發表評論文章稱,帶著太空夢、科技進步和愛國熱情,中國發射了第壹顆探月衛星——“嫦娥壹號”。文章說,“嫦娥壹號”繞月工程是中國開展的第壹次空間探測活動,是為2010年的月球車以及隨後的登月計劃做準備。
法新社:它標誌著中國全球地位的提升。
法新社24日發表文章稱,中國首次發射探月衛星,標誌著中國全球地位的提升。歐洲航天局發言人雷內·奧斯特林克(Rene Ostlinke)表示,探月競賽正在逐步展開,美國也準備重振探月計劃,目標是為火星探測建立永久性月球基地。
越南通訊社:中國太空探索史上的裏程碑
越南通訊社24日發表文章稱:“中國已經邁出了三階段探月計劃的第壹步,這是中國太空探索史上新的裏程碑……”
朝鮮日報:實現中國人民的千年夢想
24日,《朝鮮日報》首席評論員吳泰進以《嫦娥壹號實現中國千年夢想》為題寫道:“中國發射探月衛星實現千年夢想,舉國為之沸騰。而我們只能靜靜的看著。"
印度軍隊研究中國的月球探測
65438+10月23日至28日,印度陸軍和海軍在新德裏舉行聯合指揮官會議。此次會議恰逢中國“嫦娥壹號”探月衛星發射。因此,中國的探月工程和太空整體實力成為這些高級將領的熱門話題,進壹步激發了印度武裝力量打造“天軍”的熱情。
據《印度時報》10年10月23日報道,繼去年印度空軍宣布成立太空司令部後,印度陸軍和海軍也借今年的司令會議,推出了各自的“天軍”考慮,在各自的司令部成立“太空隊”。
印度陸軍壹名高級軍官透露,目前,印度陸海空三軍都在積極討論太空的戰術、戰法和戰略應用,因為印度武裝部隊的決策層都認為,離開了“太空資源”,未來的戰爭就不需要打了,因為“現代軍事對太空中的各種技術和系統有著嚴重的依賴”。
讓印度武裝力量感到非常迫切的是,中國在今年5438年6月+10月進行的太空試驗對印度來說猶如晴天霹靂,探月工程走在了印度的前面。相比之下,印度對太空沒有長期的具體規劃,因此三軍統帥感到“緊迫”。
印度國防部近日拋出《2020國防太空展望》。這份戰略指導文件強調,在2012年之前,印度軍方將致力於發展太空情報、偵察、探測、通信和導航。為了實現這壹目標,印度要完成1000多個相關科研項目,發射多顆軍事間諜衛星。即使實現了上述目標,印度也遠未達到及時軍事通信、偵察信息傳輸、導彈預警、精確炸彈衛星信號制導、幹擾敵方網絡等目標。
中國的探月計劃
三個階段
中國探月工程首席科學家、中國科學院院士歐陽自遠介紹,嫦娥壹號是中國發射的最遠衛星,平均距離地球38萬公裏。在此之前,中國發射的最遠衛星距離地面4萬公裏。