中新網(wǎng)10月1日電 10月1日，嫦娥二號繞月探測衛星在西昌衛星發(fā)射中心發(fā)射升空，踏上奔月征程。以下是嫦娥二號衛星的關(guān)鍵技術(shù)解析：

　　相對“嫦娥一號”的技術(shù)改進(jìn)和不同點(diǎn)

　　作為二期工程的先導星，嫦娥二號衛星在總體設計上與嫦娥一號衛星相比，技術(shù)上有哪些改進(jìn)？不同點(diǎn)是什么？

　　作為探月工程二期先導星，嫦娥二號衛星將試驗探月工程二期部分關(guān)鍵技術(shù)，深化月球科學(xué)探測。

　　與嫦娥一號衛星相比，嫦娥二號衛星將由長(cháng)征三號丙運載火箭發(fā)射至近地點(diǎn)高度200km、遠地點(diǎn)高度約400000km的地月轉移軌道。衛星與火箭分離后，在地面測控支持下，經(jīng)中途修正，在近月點(diǎn)自主實(shí)施制動(dòng)，實(shí)現月球捕獲，變軌后進(jìn)入100km環(huán)月圓軌道。在環(huán)月運行期間，衛星將擇機實(shí)施軌道機動(dòng)，進(jìn)入100km×15km的橢圓軌道，開(kāi)展技術(shù)驗證和二期工程備選著(zhù)陸區成像試驗；試驗完成后，返回100km環(huán)月圓軌道，開(kāi)展月球科學(xué)探測。

　　“嫦娥二號”在飛行任務(wù)期間，將開(kāi)展六大技術(shù)驗證：一是配合運載火箭驗證地月轉移軌道直接發(fā)射技術(shù)；二是搭載輕小型化X頻段深空應答機，配合中國新建的X頻段地面測控站，試驗X頻段測控技術(shù)；三是驗證距月面100km近月制動(dòng)的月球軌道捕獲技術(shù)；四是驗證100km×15km軌道機動(dòng)與飛行技術(shù)；五是試驗遙測信道低密度奇偶校驗碼(LDPC)編碼技術(shù)，月地高速數據傳輸技術(shù)及降落相機技術(shù)；六是對備選著(zhù)陸區進(jìn)行高分辨率成像試驗。此外，在“嫦娥一號”衛星的基礎上，改進(jìn)有效載荷性能，提高了對月科學(xué)探測精度，完成四類(lèi)科學(xué)探測，即獲取更高精度月球表面三維影像，分辨率由嫦娥一號衛星的120米提高至優(yōu)于10米，同時(shí)還將探測月球物質(zhì)成分、月壤特性以及地月與近月空間環(huán)境。

　　首次使用X波段深空應答機技術(shù)

　　“嫦娥二號”首次使用的X頻段，與“嫦娥一號”使用的S頻段相比，它的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是什么？

　　探月二期工程將采用X波段測控體制，嫦娥二號衛星對此體制將進(jìn)行先期驗證。目前，國內型號中尚無(wú)星地X波段測控體制應用的實(shí)踐，X波段深空應答機的研制涉及設計、器件和工藝等一系列難點(diǎn)，將重點(diǎn)解決低信噪比的載波捕獲與跟蹤以及在解調損耗緊張、低信噪比條件下保持較高的靈敏度等關(guān)鍵技術(shù)。其難點(diǎn)主要有兩個(gè)方面：一是低信噪比下的載波捕獲跟蹤算法，二是小型化、低功耗設計技術(shù)。為此，設計人員采取了以下措施進(jìn)行解決，一是進(jìn)行低信噪比下的載波捕獲數字處理算法的仿真驗證，采用數字基帶處理技術(shù)，采用FPGA+DSP的框架，在保證精簡(jiǎn)電路同時(shí)，提高系統設計靈活性；二是單機、分系統聯(lián)試及星地對接試驗全面驗證。

　　嫦娥二號衛星軌道設計的四點(diǎn)變化

　　在軌道設計上，嫦娥二號與嫦娥一號有何不同？

　　與嫦娥一號衛星相比，嫦娥二號衛星在軌道設計方面存在四點(diǎn)不同。一是嫦娥一號衛星是由運載火箭送入環(huán)繞地球的橢圓軌道，再利用衛星自身推力進(jìn)入地月轉移軌道，而嫦娥二號衛星則是由運載火箭直接送入地月轉移軌道；二是近月制動(dòng)點(diǎn)軌道高度由嫦娥一號衛星的200公里變?yōu)殒隙鸲�號衛星的100公里；三是環(huán)月軌道由嫦娥一號衛星的200公里變?yōu)殒隙鸲�號衛星的100公里；四是嫦娥二號將把軌道高度降低至100kmX15km，對目標區域進(jìn)行成像。

　　軌道變化將給衛星帶來(lái)什么影響？

　　嫦娥一號的軌道高度是200公里，而嫦娥二號是100公里和100X15公里，這個(gè)變化過(guò)程有哪些難點(diǎn)和風(fēng)險點(diǎn)？

　　與嫦娥一號衛星200km×200km軌道不同，嫦娥二號衛星的環(huán)月軌道調整為100km圓軌道、100km×15km橢圓軌道。

　　這一軌道變化對衛星總體設計、各分系統適應性方面將帶來(lái)全局性影響。相比200km×200km軌道，低軌道飛行會(huì )帶來(lái)更大的紅外熱流和月球攝動(dòng)影響，對軌道預報、軌道控制、測定軌精度提出了更高的要求，也對星上熱控、GNC、供配電等分系統帶來(lái)影響。在系統總體設計方面需調整飛行程序，協(xié)調與運載火箭系統、測控系統、地面應用系統間的接口。在適應性修改方面，需適應性調整熱控設計、擴大紫外敏感器視場(chǎng)、設計飛行程序，核算功率平衡、定向天線(xiàn)指向和傳輸時(shí)間等。

　　針對軌道變化帶來(lái)的一系列難點(diǎn)和風(fēng)險，嫦娥二號衛星在設計和驗證環(huán)節主要采取了五方面措施加以保證：一是模飛驗證及星地無(wú)線(xiàn)聯(lián)試；二是軌道設計專(zhuān)題控制；三是軌道第三方復核；四是系統充分協(xié)調溝通；五是飛行程序分階段安排4次評審。

　　“動(dòng)靜相宜”的四臺小相機

　　嫦娥二號衛星上面安裝了四個(gè)微小相機的作用是什么？

　　嫦娥二號衛星安裝了三臺監視相機與一臺降落相機。三臺監視相機即490N發(fā)動(dòng)機監視相機、定向天線(xiàn)監視相機及太陽(yáng)翼監視相機。

　　490N發(fā)動(dòng)機用于衛星姿軌控，490N發(fā)動(dòng)機監視相機可以監視其工作狀態(tài)，獲得發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火工作時(shí)的視頻圖像，并可在衛星發(fā)射后從太空中拍攝地球圖像。

　　在衛星繞月飛行過(guò)程中，定向天線(xiàn)通過(guò)旋轉對準地球，傳輸各種數據信號，是衛星與地面連接的紐帶，定向天線(xiàn)監視相機拍攝的圖像可以監視其工作狀態(tài)，由于定向天線(xiàn)360度旋轉，活動(dòng)半徑大，距相機安裝位置較近，此相機采用了短焦距超廣角鏡頭。

　　太陽(yáng)翼是衛星的能量來(lái)源，衛星發(fā)射時(shí)太陽(yáng)翼處于折疊狀態(tài)，星箭分離后打開(kāi)并在衛星飛行過(guò)程中不斷調整方向，使太陽(yáng)電池對準太陽(yáng)，為整星工作提供能量，太陽(yáng)翼監視相機可以拍攝太陽(yáng)翼展開(kāi)過(guò)程及工作狀態(tài)，判斷太陽(yáng)翼狀態(tài)是否正常，在姿軌控配合下還可拍攝地球與月球圖像，為了使獲得的地月圖像較好，該相機采用了一款長(cháng)焦鏡頭。

　　由于這三臺監視相機拍攝的目標顏色各有不同，還需獲取地球和月球圖像，因此，三臺監視相機設置為彩色相機。

　　降落相機將用于獲取月球表面圖像，相機具備清晰拍攝與快速拍攝兩種工作模式，可根據需要選擇不同的工作模式，由于月面目標均為灰色，此相機為黑白相機。

　　為了實(shí)現以上的任務(wù)要求，同時(shí)盡量使相機做到重量輕、體積小、功耗低，降低衛星發(fā)射及在軌運行成本，4臺小相機集成了多種先進(jìn)技術(shù)。在總體方案設計上，采用了CMOS圖像傳感器，它是整個(gè)相機的核心元器件，具備集成度高、功耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)，有利于系統集成。為驗證陽(yáng)光直接照射進(jìn)視場(chǎng)內對CMOS圖像傳感器有無(wú)影響，在地面進(jìn)行了激光照射試驗，還對其進(jìn)行了各種抗輻照試驗，確保CMOS圖像傳感器滿(mǎn)足在軌使用要求。

　　降落與監視相機幀頻高，圖像數據量大，為減少整星數傳速率壓力，相機對圖像數據進(jìn)行了壓縮，實(shí)現了先進(jìn)的全色/彩色圖像壓縮算法，節省了系統資源。復雜圖像經(jīng)8：1壓縮后的峰值信噪比仍能達到40dB以上。

　　相機具備自動(dòng)曝光的能力，能夠在復雜深空背景甚至衛星無(wú)姿軌控制的情況下識別出有效目標，利用特征提取算法，對視場(chǎng)內的有效物體進(jìn)行分辨，并用快速收斂方法計算出合適的曝光時(shí)間，即使在復雜的環(huán)境下，最多只需5幅圖像就可以確定合適的曝光時(shí)間。由于拍攝目標多種多樣，亮度差異明顯，要求相機的動(dòng)態(tài)范圍寬，能適應不同的光照條件及目標特性，為實(shí)現這一目標，相機設定了較寬的曝光時(shí)間范圍，自動(dòng)曝光算法可自動(dòng)調整曝光時(shí)間至最佳。

　　太空中溫度條件、輻射條件非常惡劣，相機的可靠性安全性設計采用了諸多措施，并在地面進(jìn)行了各種環(huán)境試驗驗證，充分考核了其性能，確保相機在這種惡劣環(huán)境下順利完成各項任務(wù)。

　　相機通過(guò)系統優(yōu)化設計可做到手掌大小，重量?jì)H三四百克，集成了光、機、電、熱等先進(jìn)技術(shù)，能夠承受衛星發(fā)射過(guò)程的強烈力學(xué)沖擊，并能在惡劣的太空環(huán)境下使用。相機集成了自動(dòng)拍攝、實(shí)時(shí)圖像壓縮等智能操作，具備“動(dòng)靜相宜”的拍攝能力，并能做到長(cháng)壽命，高可靠。

　　嫦娥二號衛星安裝的降落與監視相機，可為其它航天活動(dòng)的在軌監視提供重要的參考價(jià)值。該類(lèi)型的相機在空間活動(dòng)監視、深空探測、交會(huì )對接等領(lǐng)域有著(zhù)廣闊的應用前景。

　　嫦娥二號衛星上三臺監視相機與一臺降落相機獲得的圖像，可為整星提供重要的數據資料，并有利于探月工程成果的展示和宣傳，激勵人們了解航天、參與航天、熱愛(ài)航天的熱情。

　　嫦娥二號衛星GNC系統三大創(chuàng )新點(diǎn)

　　嫦娥二號衛星GNC系統有何新的變化和技術(shù)？難點(diǎn)是什么？

　　嫦娥二號衛星GNC產(chǎn)品在主要繼承嫦娥一號衛星的基礎上，通過(guò)軟、硬件的修改，實(shí)現了三大技術(shù)創(chuàng )新：一是通過(guò)紫外敏感器的軟、硬件修改，實(shí)現了近月與環(huán)月的輔助導航；二是通過(guò)GNC軟件升級，實(shí)現了更加靈活的軌道控制，可以實(shí)現非測控區的軌道控制，并可在變軌后當圈進(jìn)入對月定向；三是實(shí)現了載荷與敏感器互用，紫外敏感器增加了拍圖與傳圖功能，能夠拍攝月球的130米分辨率的紫外圖像，并能覆蓋月面80%以上的區域。

　　106個(gè)預案確保在軌飛行受控

　　飛控試驗隊制定了哪些應急預案？

　　嫦娥二號衛星的飛行任務(wù)總體上與嫦娥一號衛星任務(wù)相似，一個(gè)重要特點(diǎn)是工作模式復雜、動(dòng)作時(shí)序性強，尤其是關(guān)鍵變軌窗口具有唯一性和短暫性，這對地面飛控能力提出了很高的要求。

　　嫦娥二號任務(wù)相比嫦娥一號衛星相比更加復雜，不僅近月捕獲高度由200km降低至100km，特別是新增加了100km×15km近月點(diǎn)成像任務(wù)，飛控操作復雜，需衛星系統、地面應用系統和測控系統多方配合。

　　為了確保在軌飛行過(guò)程中地面能及時(shí)準確地定位故障，并在最短的時(shí)間內完成故障應對處理，衛星系統在嫦娥一號衛星故障預案的基礎上開(kāi)展了嫦娥二號衛星故障預案工作。根據嫦娥二號衛星特點(diǎn)，在嫦娥一號衛星故障預案的基礎上不斷增加或重新修訂，共形成106個(gè)故障預案。其中新增典型預案有七個(gè)，即100km×15km軌道虹灣成像故障預案；有效載荷分系統故障預案(CCD立體相機和大容量存儲器新研)；技術(shù)試驗分系統故障預案(分系統新研)；100km環(huán)月飛行太陽(yáng)翼高溫故障預案；490N發(fā)動(dòng)機長(cháng)壽命使用故障預案；單粒子事件故障預案；490N發(fā)動(dòng)機高溫預案。(廠(chǎng)文)