運載火箭 “二姑娘”聯(lián)姻“老三”

　　嫦娥二號衛星總設計師黃江川介紹，對于月球探測和深空探測的航天器來(lái)說(shuō)，其上天成本甚至是幾倍于同重量的黃金。因此，我國要想實(shí)現更大重量或者更遠距離的空間探測，必須最充分地利用火箭的推力，減少衛星燃料的消耗。

　　如果把嫦娥二號衛星比作“嫦娥”家族“二姑娘”的話(huà)，那么長(cháng)三丙火箭就是長(cháng)三甲火箭家族的“老三”。嫦娥二號衛星的發(fā)射，實(shí)現了“二姑娘”和“三弟”的完美聯(lián)姻，可謂創(chuàng )造了中國航天器不同家族的傳世佳話(huà)。他們的這樁“婚姻”，還是探月專(zhuān)家們做的“媒”。

　　我國發(fā)射嫦娥一號衛星使用的是長(cháng)三甲火箭，它是長(cháng)三甲火箭家族的“大哥”。嫦娥二號作為繞月探測二期工程的先導星，這就決定了此次發(fā)射任務(wù)承擔著(zhù)為繞月探測二期工程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗證的使命，再加上嫦娥二號的重量達到2480公斤，因此，無(wú)論是從軌道參數等技術(shù)要求還是從載重要求來(lái)說(shuō)，“長(cháng)三甲”都難以擔此重任。而“長(cháng)三乙”的載重量對于嫦娥二號衛星的發(fā)射任務(wù)而言，又是一種浪費。在綜合了技術(shù)方面的新要求和保證經(jīng)濟性、節約經(jīng)費開(kāi)支的雙重考慮之后，嫦娥二號的發(fā)射任務(wù)才正式交付到“長(cháng)三丙”的身上�！袄先�”的運載能力比“老大”大一些，比“老二”小一些，用它發(fā)射嫦娥二號一點(diǎn)不“浪費”。

　　“移動(dòng)靶”軌道確定難

　　地月轉移軌道的軌道設計要受到多方面因素的制約，其中主要包括火箭一級落區、測控覆蓋范圍和地月日三者之間的運動(dòng)規律。

　　我國在西昌衛星發(fā)射中心發(fā)射的火箭，火箭的殼體按規定要落在云南省特定的區域內。在這個(gè)區域，已經(jīng)形成了發(fā)射時(shí)人員撤離的慣例，對地面人員的安全容易管理。這使火箭在一級飛行時(shí)的軌道沒(méi)有“自由發(fā)揮”的余地。

　　第二個(gè)因素是我國發(fā)射測控網(wǎng)的限制。測控網(wǎng)主要包括三個(gè)部分，一部分是我國陸上建設的測控站，另一部分是可以使用的外國陸上測控站，還有一部分就是測控船�；鸺�發(fā)射時(shí)，測控系統要對火箭進(jìn)行實(shí)時(shí)測控。因此，其飛行軌道必須處于測控網(wǎng)覆蓋的范圍內，這對一種新軌道的選擇形成了另一個(gè)很苛刻的限制。

　　第三個(gè)制約因素來(lái)自地月日的運動(dòng)規律。地月轉移軌道要求星箭分離時(shí)，衛星必須處在奔月軌道的入口處，否則只有通過(guò)衛星機動(dòng)的方式進(jìn)行軌道調整，違背了節省衛星燃料的最基本要求。

　　“發(fā)射的時(shí)間不同，軌道的入口也不同，同時(shí)太陽(yáng)直射光線(xiàn)的角度也會(huì )發(fā)生變化�！遍L(cháng)三甲系列火箭設計師李聃介紹，“所以，必須嚴密考慮地月日三者之間的相互關(guān)系和運動(dòng)規律。相比于嫦娥一號衛星發(fā)射時(shí)的火箭飛行軌道，本次發(fā)射由‘固定靶’升級為‘移動(dòng)靶’，難度自然大大增加�！�

　　運行保障 衛星兩面溫差300℃

　　嫦娥二號衛星總設計師黃江川介紹，和嫦娥一號200公里軌道相比，100公里軌道上的熱流增加了20%～30%。嫦娥二號衛星在100公里軌道上短期運行后溫度升高了15℃左右。因此，嫦娥二號衛星的100公里軌道工作環(huán)境將面臨100℃左右的高溫。為了應對如此高溫的“大烤”，技術(shù)人員采取了多個(gè)方面的有效措施。

　　月表的熱量主要來(lái)自太陽(yáng)光。但是，由于月表具有很強的反射性，所以嫦娥二號衛星實(shí)際上面臨太陽(yáng)的炙烤和月表反射光的強烈照射。這也是100公里軌道處溫度高達100℃的主要原因。另外，月球上沒(méi)有空氣等作為熱傳導的介質(zhì)，因此衛星上受到光線(xiàn)照射的部分溫度會(huì )很高，而沒(méi)有光線(xiàn)照射的地方會(huì )在零℃以下，衛星的兩面可能相差300多℃。

　　對于衛星內部元器件來(lái)說(shuō)，0～20℃的溫度是最理想的工作溫度。那么如何在衛星處于高溫區的時(shí)候把星內溫度降下來(lái)呢？為了解決這個(gè)問(wèn)題，衛星技術(shù)人員重新設計了熱控系統，對衛星艙內的熱交換系統進(jìn)行了重新設計和布局，衛星受到照射的部分和沒(méi)有受到照射的部分之間能夠迅速實(shí)現熱交換，從而使其不至于高者過(guò)高、低者過(guò)低，而是維持一種平衡的狀態(tài)。

　　金銀外衣堪比空調

　　出現在電視或者照片上衛星表面金光閃閃和銀光閃閃的發(fā)亮的東西，這些就是精心為嫦娥衛星織的“嫁衣”。金光閃閃的衣服有著(zhù)非常好的隔熱作用，不僅能夠防止衛星熱量散失，而且可以阻止外部的熱量進(jìn)入衛星內部；而銀光閃閃的衣服有著(zhù)非常好的散熱作用，能夠將衛星內部產(chǎn)生的廢熱及時(shí)排散到外界空間中。這些金光閃閃和銀光閃閃的衣服組成了一個(gè)天然的空調系統。

　　衛星熱控系統主任設計師向艷超介紹，嫦娥二號衛星表面的金光閃閃的衣服，是一層層比羽毛還輕的膜狀物和網(wǎng)狀物間隔拼疊而成，共有15層。采用這種方式制成的衣服在真空環(huán)境條件下具有很強的隔熱效果，起到保溫作用，其保溫效果足以和熱水瓶瓶膽的保溫效果相媲美。

　　銀光閃閃的衣服，是一層類(lèi)似鏡子一樣的膜，它具有很強的反射能力，能夠將太陽(yáng)光的85%左右反射掉；同時(shí)它還具有較強的散熱能力。因此如果衛星艙內溫度過(guò)高的時(shí)候，這層銀光閃閃的衣服就可以把熱量排散掉。

　　30度夾角保護帆板

　　太陽(yáng)翼是最直接接觸外部環(huán)境的衛星部件。一般情況下，它總是保持太陽(yáng)光線(xiàn)能夠直射到太陽(yáng)翼上。工作狀態(tài)的衛星基本上都是靠太陽(yáng)翼來(lái)供電的。

　　“但是，嫦娥二號衛星處在高溫環(huán)境中，太陽(yáng)光的持續直射，可能造成帆板溫度過(guò)高而失效�！毙l星GNC系統主任設計師戴居峰說(shuō)，國外已經(jīng)有探月衛星因為太陽(yáng)翼失效而導致整星失蹤。

　　為了使嫦娥二號衛星的太陽(yáng)翼帆板在高溫環(huán)境中保持良好的工作狀態(tài)，技術(shù)人員采用多種方法來(lái)保護帆板。首先是避開(kāi)太陽(yáng)直射，設計人員設計太陽(yáng)翼的時(shí)候使其和太陽(yáng)成30°夾角，而不是直接垂直于太陽(yáng)光線(xiàn)，這樣溫度就會(huì )大大降低。

　　另外，嫦娥二號衛星上的太陽(yáng)翼帆板可以進(jìn)行任意角度的旋轉，以達到最佳的保護效果。衛星上有一套軟件系統，在溫度達到一定的高度時(shí)，軟件可以支持衛星讓帆板停轉，這時(shí)太陽(yáng)翼帆板會(huì )停留在和太陽(yáng)光成60°夾角的地方，帆板溫度就會(huì )降下來(lái)。

　　衛星歸宿 嫦娥二號有三結局

　　嫦娥二號衛星完成預計的試驗驗證和科學(xué)探測任務(wù)后，這位“二姑娘”將有怎樣的打算？嫦娥二號繞月探測衛星的總設計師黃江川介紹了三種可能的結局。

　　黃江川表示，嫦娥一號衛星最后“受控撞月”是額外完成的任務(wù)，能如此“超額”完成任務(wù)，主要是因為衛星狀態(tài)依然良好且還剩有足夠的燃料，可以對其軌道進(jìn)行精確控制。

　　嫦娥二號衛星的發(fā)射將采用地月轉移軌道技術(shù)，火箭直接把衛星送入奔月軌道，可以大大節省衛星的燃料，因此如果各項任務(wù)順利的話(huà)，嫦娥二號衛星在完成半年的規定動(dòng)作后，仍會(huì )有相當數量的燃料剩余，這令“二姑娘”同樣具備“超額”完成任務(wù)的潛質(zhì)。

　　我國探月工程管理部門(mén)、科學(xué)家和衛星技術(shù)人員曾經(jīng)一起研討過(guò)“二姑娘”的最終命運，大致形成了三種設想，但還沒(méi)有最終下定論。

　　一種意見(jiàn)是，可以根據衛星在軌運行的情況，結合我國探月工程的后續進(jìn)展，對嫦娥二號衛星傳回的數據進(jìn)行綜合研究，對月球做補充探測，最終可以考慮衛星落月，這將為“嫦娥三號”等后續任務(wù)提供技術(shù)驗證。

　　第二種設想是讓她“遠嫁”他方，驗證我國更遠宇宙空間的深空探測能力，讓衛星飛出地月環(huán)境，飛向更遠的太空。

　　第三種設想是讓她回“娘家”，即讓她沿著(zhù)月地轉移軌道，飛回地球并成為地球衛星。

　　“最終采用哪種方式，還要看前期主任務(wù)執行情況以及衛星的狀態(tài)和能力。到時(shí)候各方專(zhuān)家肯定會(huì )匯集到一起，共同研究，決定‘二姑娘’的終極命運。但我相信一個(gè)最起碼的思路是，會(huì )為衛星選擇一個(gè)最具意義、可利用價(jià)值最大的歸宿�！秉S江川認為，把衛星的命運放在整個(gè)探月工程及未來(lái)深空探測需求中可能是最合適的選擇。(記者李鐵錚 特約記者陳全育 索阿娣 楊艷 胡永富)