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图为嫦娥二号总装
作为中国探月工程二期的先导星，嫦娥二号将飞向月球，执行二期工程部分关键技术试验和继续月球科学探测研究的任务。与三年前的嫦娥一号飞行相比，这次任务有什么不同？组成工程的各系统发生了什么样的变化？来自探月工程五大系统的负责人对此作出全方位解读。
【记者观察】 中国空间技术研究院研制的卫星，加上中国科学院研制的有效载荷，共同组成了“嫦娥二号”卫星系统。金黄色的立方体外表，很有些科幻味道。这颗被航天人称为“嫦娥二姑娘”的卫星跟嫦娥一号大小完全相同，与大多数地球同步轨道卫星和“神舟”飞船相比，则娇小得多。
【专家解读】 如果说嫦娥一号是为中国人开启通往月球之路的钥匙，嫦娥二号就是实现最终目标的又一“探路先锋”。嫦娥二号卫星总设计师黄江川介绍，仅从工程角度而言，这颗卫星的主要任务是验证距月面100公里近月制动的月球轨道捕获技术、验证100公里×15公里轨道机动与飞行技术等6项关键技术。
沿着科学家们设计的奔月“快速路”，嫦娥二号不再像嫦娥一号那样在环绕地球的椭圆轨道上“逗留”数天，而是直接从地月转移轨道飞向月球，奔月时间从12天缩短为5天。黄江川说，除此之外，这颗卫星环月飞行的高度由嫦娥一号的200公里变为100公里，距月球更近。在轨工作期间，它还将降轨至15公里高度，对嫦娥三号备选着陆区进行拍摄。
这颗卫星的设计寿命是半年。对于半年之后它的“归宿”，黄江川说，落月、飞到更远的星空或是飞回地球轨道，需要在它在轨运行进行到一定阶段时才能决定。
火箭 新“搭档”瞄准“移动靶”
【记者观察】 同样来自中国运载火箭技术研究院，长征三号丙就像“金牌火箭”长征三号甲的孪生兄弟，只是多出两个助推器，如同两枚尾翼镶嵌在芯一级底部——这种“非全对称”式的外形，在“长征”系列火箭里是唯一的。这一结构上的变化，把火箭的运载能力从2.65吨提升到了3.8吨。
作为嫦娥卫星的新“搭档”，这枚火箭在嫦娥飞行中的“亮相”同样短暂：天气晴好的话，肉眼能看到发射后约146秒时的一二级分离；云层如果过厚，火箭仅几秒钟就会“消失”在人们的视线里。
【专家解读】 之所以改用长征三号丙火箭作为嫦娥二号卫星的运载工具，是为了实现工程的第一项目标：突破火箭直接将卫星发射至地月转移轨道的发射技术。缩短卫星的奔月路程和时间，看上去是多“送”了卫星一程，其实是以更大的推力给了卫星更高的初始速度。
火箭系统总指挥岑拯说，轨道的特殊性要求更严格的发射窗口。通讯卫星几乎每天都有发射机会，嫦娥二号一年中却只有几天能够发射，因此，确保准时发射对于火箭至关重要。为此，火箭工作人员在确保设计质量正确、确保地面试验充分、确保火箭与各大系统结合协调上下足了工夫。同时，火箭还对遥测参数、延时存储器等进行了调整，以满足“嫦娥二号”卫星精确入轨的要求。
“这是我们第一次执行到地月转移轨道的发射任务。如果说以往的发射是打固定靶，这次就是打移动靶。”岑拯说。
发射场 “零窗口”一如既往
【记者观察】 这是中国人已经熟悉的一幕：乳白色的火箭乘着橘红色的火焰腾空而起，背景或是大漠孤烟，或是青山夕阳。后一种画面，就是西昌卫星发射中心的发射场。发射嫦娥二号的是二号塔架。以其97.7米的高度和发射长三甲系列火箭的全覆盖能力，这座建于1990年的发射架被称为“亚洲第一塔”。距离二号塔直线距离150多米处，矗立着曾把嫦娥一号送上天的三号塔架。这两座塔架已经成为西昌著名景点。
【专家解读】 发射场是嫦娥卫星飞天的港湾，也是火箭、卫星的“体检中心”和“加油站”。发射场系统总指挥李尚福说，为确保嫦娥二号发射成功，发射场进行了包括更新测量雷达、更新遥测系统、改造光学仪器、优化加注系统等在内的上百项技术改进，进一步提高了可靠性和整体发射能力。
与嫦娥一号一样，嫦娥二号发射瞄准的是“零窗口”。李尚福说，在35分钟的窗口时间内，“零窗口”发射能比按照窗口后沿发射节省180公斤卫星燃料。对于所携燃料仅1300多公斤的嫦娥二号卫星来说，这一点弥足珍贵。
测控 让“风筝”飞得更远
【记者观察】 北京航天飞行控制中心、西安卫星测控中心、远赴大洋的海上测量船、建于南美测控站以及欧洲空间局所属测控站……北京飞控中心指控大厅长12米、宽4米的巨幅显示屏上，测控系统的各单元构成了一幅完整的画面。90多台工作台加上身着蓝色防静电工作服的工作人员，又是一个数字化的方阵。
【专家解读】 精确测轨和准确的轨道控制，是嫦娥二号测控的最大难点。增加一艘远洋测量船、优化轨道控制策略、研制S／X频段统一测控系统、改造青岛站和喀什站……测控系统的种种改进，都是围绕这一点。同时，测控系统预设了卫星入轨异常、变轨未能实施或滞后实施、发动机故障等共106种预案故障模式，制定了153种故障处理对策。
更令人瞩目的是嫦娥二号肩负的一项重要任务——验证对嫦娥三号至关重要的X频段测控技术。
“X频段具有频率高、传输带宽宽等特点，是未来深空探测的主用频段。”测控系统总设计师钱卫平介绍说，在嫦娥二号卫星上搭载X频段应答机，与中国X频段地面测控设备配合验证X频段测控体制，将为嫦娥三号任务积累测控经验，为未来更远的深空探测奠定技术基础。
“有了这个频段，我们可以用更小的设备、更低的功率传输更多的数据，可以走得更远。”钱卫平说。他同时透露，中国深空测控网建设已经启动，未来几年，将具备承担太阳系内航天器测控任务的能力。
“飞行器是风筝，测控通信系统是风筝线，我们地面控制人员就是放风筝的人。”钱卫平说。
地面应用 给月球来个“特写”
【记者观察】 走进嫦娥二号任务地面应用系统的总部——国家天文台运控中心，如同走进破译嫦娥卫星“密码”的“大脑”。从开始奔月起，嫦娥二号获得的探测数据就源源不断传输到这里。它们结出的科学之果，会被这里的科学家们毫无保留地捧到中国和世界的公众面前。广场上那座精钢雕塑所展示的，正是这个再次被人们关注的话题——“嫦娥奔月”。
【专家解读】 获取月球表面三维影像、探测月球物质成分、探测月壤特性、探测地月与近月空间环境……嫦娥二号的科学探测任务，似乎与嫦娥一号并无明显区别。但，探测的内容更多了，精度更高了。地面应用系统总指挥刘晓群说，针对这个目标，置于嫦娥二号卫星平台内的有效载荷发生了多处变化。嫦娥一号有效载荷8种，嫦娥二号则为7种。尽管嫦娥一号原有的干涉成像光谱仪被取消，但嫦娥二号的激光高度计、X射线谱仪等进行了适应性改造。
与嫦娥一号到达近月轨道才打开有效载荷所不同的是，嫦娥二号更加“勤奋”，一边奔月一边展开有效载荷工作，从而更好地探测地月空间环境。而地面数据接收系统接收速率的提高，则为预计比嫦娥一号更多的数据建立起了一条更为顺畅的传输通道。
嫦娥二号所携CCD相机的分辨率有了量级性提高，从120米提高至优于10米。刘晓群说，嫦娥一号拍下了中国人的第一幅月球全图，距月球更近的嫦娥二号必将获取更为清晰的月图，尤其是嫦娥三号预选着陆地区的高分辨率图像。
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这是卫星搭载的γ射线谱仪。
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这是卫星搭载的CCD立体相机。
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这是为嫦娥二号卫星提供的测控全向天线。
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这是为嫦娥控月卫星提供的测控应答机。
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这是卫星搭载的激光高度计。
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这是嫦娥二号卫星搭载的490N发动机监视相机。
如何应对 高温大“烤”
嫦娥二号卫星的100公里轨道“工作环境”将面临100℃左右的高温。为了应对如此高温的大“烤”，技术人员采取了多个方面的有效措施。
重新设计热控系统
月表的热量主要来自太阳光。但是，由于月表具有很强的反射性，所以嫦娥二号卫星实际上面临太阳的炙烤和月表反射光的强烈照射。这也是100公里轨道处温度高达100℃的主要原因。另外，月球上没有空气等作为热传导的介质，因此卫星上受到光线照射的部分温度会很高，而没有光线照射的地方会在零摄氏度以下，卫星的两面可能相差300多摄氏度。
对于卫星内部元器件来说，0℃到20℃的温度是最理想的工作温度。
那么如何在卫星处于高温区的时候把星内温度降下来呢？为了解决这个问题，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。
金银外衣犹如空调
我们大部分人都在电视或者照片上见过卫星表面金光闪闪和银光闪闪的发亮的东西，这些就是我们精心为嫦娥卫星织的嫁衣。金光闪闪的衣服有着非常好的隔热作用，不仅能够防止卫星热量散失，而且可以阻止外部的热量进入卫星内部；而银光闪闪的衣服有着非常好的散热作用，能够将卫星内部产生的废热及时地排散到外界空间中。
“正是这些金光闪闪和银光闪闪的衣服组成了一个天然的空调系统，使嫦娥二号卫星能够在100℃高温环境中舒服地生活和工作。”卫星热控系统主任设计师向艳超说。
向艳超介绍，嫦娥二号卫星表面的金光闪闪的衣服，是一层层比羽毛还轻的膜状物和网状物间隔拼叠而成，共有15层。采用这种方式制成的衣服在真空环境条件下具有很强的隔热效果，能够阻值卫星的热量散热，起到保温作用，其保温效果足以和热水瓶瓶胆的保温效果相媲美。
嫦娥二号卫星表面的银光闪闪的衣服，是一层类似镜子一样的膜，它具有很强的反射能力，能够将太阳光的85%左右的反射掉；同时它还具有较强的散热能力。因此如果卫星舱内温度过高的时候，这次银光闪闪的衣服就可以把热量排散发掉。
穿上经过热控设计师们精心设计和工人师傅们细心制作的空调般的嫁衣，我们的嫦娥二号卫星就能够在月球严酷的环境中自由飞翔，“幸福生活”。
更加灵活的太阳翼
太阳翼是最直接接触外部环境的卫星部件。
一般情况下，卫星的太阳翼会通过太阳敏感器对太阳位置的感应而由驱动机构自动调整至与太阳光垂直的角度，它总是保持太阳光线能够直射到太阳翼上。工作状态的卫星基本上都是靠太阳翼来供电的。
“但是，嫦娥二号卫星处在高温环境中，太阳光的持续直射，可能造成帆板温度过高而失效。”卫星GNC系统主任设计师戴居峰说，国外已经有探月卫星因为太阳翼失效而导致整星失踪。
为了使嫦娥二号卫星的太阳翼帆板在高温环境中保持良好的工作状态，技术人员采用多种方法来保护帆板。
要避开太阳直射，设计人员设计太阳翼的时候使其和太阳成30°夹角，而不是直接垂直于太阳光线，这样温度就会大大降低。
嫦娥二号与嫦娥一号的不同
嫦娥二号卫星于10月1日18时59分57秒在西昌卫星发射中心发射。作为中国探月工程的二期先导星，嫦娥二号与她的“姐姐”嫦娥一号相比，共有六个方面的改进和不同。
关键技术不同：嫦娥二号将开展6大技术验证：一是配合运载火箭验证地月转移轨道直接发射技术；二是搭载轻小型化X频段深空应答机，配合我国新建的X频段地面测控站，试验X频段测控技术；三是验证距月面100公里近月制动的月球轨道捕获技术；四是验证100公里×15公里轨道机动与飞行技术；五是试验遥测信道低密度奇偶校验码（LDPC）编码技术，月地高速数据传输技术及降落相机技术；六是对备选着陆区进行高分辨率成像试验。
频段不同：嫦娥二号首次使用高灵敏度X波段深空应答机技术。
轨道设计不同：嫦娥二号轨道设计有四点变化：一是嫦娥二号由运载火箭直接送入地月转移轨道；二是近月制动点轨道高度由嫦娥一号的200公里变为嫦娥二号的100公里；三是环月轨道由嫦娥一号的200公里变为嫦娥二号的100公里；四是嫦娥二号将把轨道高度降低至100公里×15公里，对目标区域进行成像。
轨道高度不同：轨道变化将给嫦娥二号带来一系列影响。
携带相机不同：嫦娥二号上面安装了四个微小相机。
制导导航与控制不同：嫦娥二号GNC（制导导航与控制）系统有三大创新：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；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。
四台小相机作用大
除了一台功能强大的CCD立体相机外，嫦娥二号卫星上还安装了四台小相机，这四台小相机是干吗用的呢？
中国航天科技集团有关专家说，嫦娥二号卫星上的这四台小相机包括三台监视相机与一台降落相机，三台监视相机即490N发动机监视相机、定向天线监视相机及太阳翼监视相机。
490N发动机用于卫星姿轨控，490N发动机监视相机可以监视其工作状态，获得发动机点火工作时的视频图像，并可在卫星发射后从太空中拍摄地球图像。
在卫星绕月飞行过程中，定向天线通过旋转对准地球，传输各种数据信号，是卫星与地面连接的纽带，定向天线监视相机拍摄的图像可以监视其工作状态。由于定向天线360度旋转，活动半径大，距相机安装位置较近，此相机采用了短焦距超广角镜头。
太阳翼是卫星的能量来源。卫星发射时太阳翼处于折叠状态，星箭分离后打开并在卫星飞行过程中不断调整方向，使太阳电池对准太阳，为整星工作提供能量。太阳翼监视相机可以拍摄太阳翼展开过程及工作状态，判断太阳翼状态是否正常；在姿轨控配合下，还可拍摄地球与月球图像。为使获得的地月图像较好，该相机采用了一款长焦镜头。
由于这三台监视相机拍摄的目标颜色各有不同，还需获取地球和月球图像，因此，三台监视相机设置为彩色相机。
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。
为实现以上的任务要求，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，4台小相机集成了多种先进技术。通过系统优化设计，相机仅手掌大小，重量仅三四百克，集成了光、机、电、热等先进技术，能够承受卫星发射过程的强烈力学冲击，并能在恶劣的太空环境下使用。相机集成了自动拍摄、实时图像压缩等智能操作，具备“动静相宜”的拍摄能力，并能做到长寿命，高可靠。
本版文图据新华社
