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与嫦娥工程首席科学家共话探月
吕 翎 · 时间: 2007-10-24 ·  

 

记者:卫星上的有效载荷我们应该遵循什么样的挑选原则?能简单地讲讲其中主要载荷的作用吗?

欧阳自远:有效载荷的目的就是有效地实现科学目标。根据目标提出技术性能,选择和通过竞争由国内最具有实力的单位来完成。我们要求有效载荷的研制应该应用先进技术,集成化、轻量化和高效化,推动相关技术的突破与发展。根据四个科学目标的要求,比如要获取月表三维立体影像,采用立体成像相机和激光高度计配合;探测月球表面物质成分,采用三台仪器互相补充。一台伽玛谱仪,一台X射线谱仪和一台成像光谱仪。三者联合起来工作,能更好地勘察月球表面钛、铁等14种元素的含量和分布。微波辐射计是用来探测月壤性能,测定月表的亮度温度分布,再反演月壤的厚度,再以月壤的厚度反算氦-3的资源量和分布。探测地月空间环境,采用高能粒子探测器和低能离子探测器。所以说我们完全是根据科学目标的实现和推动我国科学技术的进步来选择的。

 

记者:听说这次“嫦娥一号”会搭载30首中国歌曲?有什么特殊意义吗?到时候我们以什么样的方式可以听到

欧阳自远:这个设计是临时加的。因为把月球探测卫星发射上去,它要绕地球运行大约3天,从地球奔向月球要4-5天,被月球捕获后还要调整轨道,进入工作轨道,总共大约要半个月的时间。这半个月怎么让人们了解月球探测卫星的进程?需要一种东西联系着,让人们体验和感觉到它在奔向目的地,在干活。我们可以学“东方红”(指我国第一颗人造地球卫星东方红)播放歌曲。全国选30首,反映中华民族的团结奋斗历程和建设美好和谐社会的理想。这样随时报道“嫦娥1号”的行程,并播放歌曲。总之让地球上期待的人们和“嫦娥1号”月球探测卫星都不要太寂寞。歌曲由月球探测卫星用固定的频率向太空播放,地球上的人们用一般的收音机都可以听到。

 

记者:卫星拍到的第一张月球照片会公开吗?大约什么时候可以公布?

欧阳自远:月球探测卫星发回的第一张照片会公开。我们接收到数据,不做精细校正,就可以尽快公布。至于具体时间,我只能说大概接到月球数据后的一个小时。

 

记者:“嫦娥一号”工程有五大系统,包括月球探测卫星系统、运载火箭系统、发射场系统、测控系统和地面应用系统。发射一颗月球探测卫星,其任务的特殊性对五大系统都有什么特殊的要求?

欧阳自远:“嫦娥一号”工程有五大系统。运载火箭系统的任务是成功发射,准确入轨。

卫星系统的任务是精确变轨,绕月飞行,有效探测和确保一年寿命;月球探测卫星与地球卫星很不一样。月球环境很恶劣,温差很大,而所有探测仪器要保持在正负40度范围内工作,对温控要求高;。月球探测卫星要求三轴稳定,即太阳帆板对日,仪器对月,通讯对地,只要有一个对不上,就很难工作,这很苛刻;地球卫星只有两轴的问题,探测和通信都是对地方向,只要太阳帆板对日就可以工作。

测控系统要确保跟踪完整,测量准确和指令无误。由于地球与月球的平均距离38万千米,因为太远了,我国已有的测控网远远不够,当前还没有建立完善的深空测控网。我们增加了两个直径18米的测控天线。目前我们在北京密云新建了一个直径50米的天线,昆明建了一个直径40米的天线,加上上海、乌鲁木齐两个直径25米的天线组成了一个甚长基线干涉测量系统(VLBI),辅助USB系统,联合起来才能达到测控要求。

发射场系统的任务是精心组织,保障到位,测试规范和确保安全。

地面应用系统要确保可靠运行,精心处理并取得成果。由于地月距离太远,探测数据传回地球衰减太大,起码需要直径40米以上的天线才能有效接收。在密云新建直径50米的天线,曲面有6个篮球场那么大,作为数据接收的主要天线。新建的昆明直径40米天线,作为备份,以确保科学数据的接收。

从探月工程立项到发射只有3年多时间,我们充分利用已有的条件,以完满实现“嫦娥1号”的探测任务。

 

记者:发射探月卫星并不是一件容易的事,一些技术难关需要攻克。请问现在这些问题都已经解决了吗?从我们自身系统来看还有什么担心之处?

欧阳自远:嫦娥工程总指挥栾恩杰总结了四大难关。第一是轨道设计;第二是测控能力,;第三是月球探测卫星的三轴定位稳定;第四是远距离数据接收。另外还有卫星如何“过夜”的问题。我们的轨道是127分钟转一圈,一半时间有阳光照射,一半时间黑暗;一半时间有能源,一半时间没有;热冷频繁交替,蓄电池必须频繁地充电,放电,再充电,再放电。特别是

一年有两次月食,月全食时地球挡住太阳光大约5小时。因为没有能源,全部仪器都要关掉不能工作,但卫星里的温度又不能低于零下40度,不然一些设备会坏掉。我们的蓄电池能不能坚持5小时?充电放电反复多次,效率就会降低。通过论证,“嫦娥1号”卫星能熬过月食带来的挑战。

 

记者:“嫦娥一号”的寿命为一年。请问一年后怎样处理它?

欧阳自远:我们希望能延长探测时间,获得更多的科学数据。一年后如何处理有很多方案,一般公认的办法是撞击月球,欧空局的smart-1撞击月球并没有得到很有价值的科学成果。我们也不想让它自己掉下来,不如主动撞,至于结果,能捞到什么就捞什么。(笑)

 

记者:如果是自动运行,它要多久才会自己掉下来?

欧阳自远:不一定,这要看轨道。因为月球内部质量分布不均匀,它里面有一些“瘤子”,我们叫它“质量瘤”,有几个非常大,有的“瘤子”的直径有几百千米。卫星的轨道飞到“质量瘤”上空,就要下降一点。

 

记者: 请问“嫦娥一号”的发射窗口与一般的地球卫星比较有什么不同?

欧阳自远:月球的自转与公转周期相同,都是一个月。为了选择最优的位置进入环月科学探测轨道,考虑到日-地-月的相互运行关系,探月卫星的光照角、卫星的运行姿态、地面测控和数据传输的条件,计算结果表明,科学家设计了一条标称轨道,一个月内只有某一天是最理想的进入环月轨道,也就是一个月内只有一次机会进入环月轨道,因而发射的时机一个月就只有一次。在这一次发射的时段中,最理想是按时发射,这个时间称为零窗口。在零窗口前或后发射都将影响到升空后卫星的轨道调整,若偏离零窗口的时间太长,轨道调整的难度越来越大,消耗的燃料越多,甚至无法调整回归。针对“嫦娥1号”的轨道设计,可以接受的发射时间最好在零窗口及偏离后的35分钟之内。嫦娥1号月球探测卫星的发射窗口一旦错过,只得等待其他月份的某一天的另一个35分钟。

卫星发射要求发射场的气象条件极其苛刻,对温度、湿度、平均风速、高空风速都有严格要求,并要求距发射中心30—40千米范围内无浓雾、雨、雪和雷电,能见度不小于20 千米。若发射窗口不具备发射条件,必须更改发射计划。为确保发射窗口,准备提前1—3天发射,让嫦娥1号环绕地球多运行1—3天,再按零窗口要求飞奔月球。

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