嫦娥一号卫星探月工程

更新时间:2016-10-13本文内容转载自互联网

“嫦娥一号”(Chang‘E1)是中国自主研制并发射的首个月球探测器。中国月球探测工程嫦娥一号月球探测卫星由中国空间技术研究院研制,以中国古代神话人物“嫦娥”命名,嫦娥奔月是一个在中国流传的古老的神话故事。嫦娥一号主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。整个“奔月”过程大概需要8~9天。嫦娥一号将运行在距月球表面200千米的圆形极轨道上。嫦娥一号工作寿命1年,计划绕月飞行一年。执行任务后将不再返回地球。嫦娥一号发射成功,中国成为世界第五个发射月球探测器的国家地区。  嫦娥一号是中国的首颗绕月人造卫星,由中国空间技术研究院承担研制。嫦娥一号平台以中国已成熟的东方红三号卫星平台为基础进行研制,并充分继承“中国资源二号卫星”、“中巴地球资源卫星”等卫星的现有成熟技术和产品,进行适应性改造。卫星平台利用东方红三号卫星平台技术研制,对结构、推进、电源、测控和数传等8个分系统进行了适应性修改。嫦娥一号星体为一个2米×1.72米×2.2米的长方体,两侧各有一个太阳能电池帆板,完全展开后最大跨度达18.1米,重2350千克。有效载荷包括CCD立体相机、成像光谱仪、太阳宇宙射线监测器和低能粒子探测器等科学探测仪器。  嫦娥一号月球探测卫星由卫星平台和有效载荷两大部分组成。嫦娥一号卫星平台由结构分系统、热控分系统、制导,导航与控制分系统、推进分系统、数据管理分系统、测控数传分系统、定向天线分系统和有效载荷等9个分系统组成。这些分系统各司其职、协同工作,保证月球探测任务的顺利完成。星上的有效载荷用于完成对月球的科学探测和试验,其它分系统则为有效载荷正常工作提供支持、控制、指令和管理保证服务。  根据中国月球探测工程的四项科学任务,在嫦娥一号上搭载了8种24台件科学探测仪器,重130千克,即微波探测仪系统、γ射线谱仪、X射线谱仪、激光高度计、太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器、CCD立体相机、干涉成像光谱仪。  在初样研制阶段,有电性星和结构星这两颗初样卫星承担卫星测试工作。电性星的试验主要是用于一些带有电子性能的设备的综合测试,结构星的试验主要是要考核结构设计的合理性,和整星上温度控制设计的合理性。两颗初样星进行整星测试。整个初样测试阶段持续到2007年6月份,随后进入卫星正样星的研制阶段,进行“嫦娥一号”正样卫星的研制。  为了保证完成月球探测工程任务,对承担卫星发射任务的长征三号甲火箭进行了41项可靠性的设计工作,以提高其运载可靠性。  “嫦娥一号”月球探测卫星于2007年10月24日在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空。运行在距月球表面200千米的圆形极轨道上执行科学探测任务。  北京时间2007年10月24日18时05分(UTC+8时)左右,嫦娥一号探测器从西昌卫星发射中心由长征三号甲运载火箭成功发射。卫星发射后,将用8天至9天时间完成调相轨道段、地月转移轨道段和环月轨道段飞行。经过8次变轨后,于11月7日正式进入工作轨道。11月18日卫星转为对月定向姿态,11月20日开始传回探测数据。  2007年11月26日,中国国家航天局正式公布嫦娥一号卫星传回的第一幅月面图像。  2007年12月12日上午10时,庆祝我国首次月球探测工程圆满成功大会在北京人民大会堂举行。  2009年3月1日16时13分,嫦娥一号卫星在控制下成功撞击月球。为我国月球探测的一期工程,划上了圆满句号。 [编辑本段]嫦娥一号与月球探测工程准备  探月计划酝酿10年  1994年进行了探月活动必要性和可行性研究,1996年完成了探月卫星的技术方案研究,1998年完成了卫星关键技术研究,以后又开展了深化论证工作。  月球探测工程立项  中国的探月计划经过长期准备、10年论证,于2004年1月正式立项,被称作“嫦娥工程”。该工程目前主要集中在绕月探测、月球三维影像分析、月球有用元素和物质类型的全球含量与分布调查、月壤厚度探查以及地月空间环境探测。"嫦娥一号”卫星有效载荷的研制测试工作由中国科学院空间科学与应用研究中心负责。  携带仪器   嫦娥一号卫星有效载荷因不同的航天任务而异,搭载的科学探测的仪器和科学实验的设备有效载荷包括微波探测仪分系统、空间环境探测分系统、有效载荷数据管理分系统等。微波探测仪分系统将主要对月壤的厚度进行估计和评测,这是国际上首次采用被动微波遥感手段对月表进行探测。空间环境探测分系统由太阳高能粒子探测器等3台设备组成,将探测地月和近月的空间环境参数。还有用于拍摄地球表面照片的CCD相机。  嫦娥一号准备使用的科学仪器包括:CCD立体相机(用于拍摄全月面三维影像);激光高度计;成像光谱仪(用于获取月面光波图谱);伽马/X射线谱仪(用于探测月球表面元素);微波探测仪(用于获取月壤厚度);以及月球背面亮度温度图和月球两极地面信息(世界上首次在探月卫星上使用);太阳高能粒子探测器;低能离子探测器 。  任务与目标  中国首次月球探测工程四大科学任务:  一、获取月球表面三维立体影像,精细划分月球表面的基本构造和地貌单元,进行月球表面撞击坑形态、大小、分布、密度等的研究,为类地行星表面年龄的划分和早期演化历史研究提供基本数据,并为月面软着陆区选址和月球基地位置优选提供基础资料等。  二、分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点,主要是勘察月球表面有开发利用价值的钛、铁等14种元素的含量和分布,绘制各元素的全月球分布图,月球岩石、矿物和地质学专题图等,发现各元素在月表的富集区,评估月球矿产资源的开发利用前景等。  三、探测月壤厚度,即利用微波辐射技术,获取月球表面月壤的厚度数据,从而得到月球表面年龄及其分布,并在此基础上,估算核聚变发电燃料氦3的含量、资源分布及资源量等。  四、探测地球至月球的空间环境。月球与地球平均距离为38万公里,处于地球磁场空间的远磁尾区域,卫星在此区域可探测太阳宇宙线高能粒子和太阳风等离子体,研究太阳风和月球以及地球磁场磁尾与月球的相互作用。  中国首次月球探测工程由月球探测卫星、运载火箭、发射场、测控和地面应用等五大系统组成,工程系统五项工程目标:  1、研制和发射我国第一个月球探测卫星;  2、初步掌握绕月探测基本技术;  3、首次开展月球科学探测;  4、初步构建月球探测航天工程系统;  5、为月球探测后续工程积累经验。   技术难点  1、轨道设计与飞行程序控制问题  2、卫星姿态控制的三矢量控制问题  3、卫星环境适应性设计  4、远距离测控与通信问题 [编辑本段]嫦娥一号发射过程   “嫦娥一号”卫星发射后首先将被送入一个椭圆形地球同步轨道,这一轨道离地面最近距离为200公里,最远为5.1万公里,探月卫星将用16小时环绕此轨道一圈后,通过加速再进入一个更大的椭圆轨道,距离地面最近距离为500公里,最远为12.8万公里,需要48小时才能环绕一圈。此后,探测卫星不断加速,开始“奔向”月球,大概经过114小时的飞行,在快要到达月球时,依靠控制火箭的反向助推减速。在被月球引力“俘获”后,成为环月球卫星,最终在离月球表面200公里高度的极月圆轨道绕月球飞行,开展拍摄三维影像等工作。卫星奔月总共需时114个小时,距离地球接近38.44万公里。而过去,中国发射的卫星距离地面一般都在3.58万公里左右。  发射倒计时  36小时:部分系统进行最后“体检”。  12小时:进入发射前功能检查状态。  8小时:进入发射程序,各系统进行辅助准备。  7小时:加注液氧。  5.5小时:加注液氢。  2小时:进入射前系统。地面开始给系统加电,同时各种口令也在这时开始下发。  40分钟:3号塔架回转平台开始展开。  15分钟:最后一批人员撤离。  90秒:转电。从地面给系统供电,变为系统内部电池供电。  60秒:从塔架后伸向前塔的橘黄色电缆摆杆此时摆开,准备为火箭点火、发射。  40秒:01号指挥员开始报告倒计时。  30秒:牵动。是过去发射系统的专有命令,尽管现在已经不再使用有关系统,但这一程序沿用至今。  10秒:点火倒计时。  0秒:点火。  发射过程  2007年10月24日18时05分04.602秒成功发射升空!  18:07火箭一二级分离。  18:09整流罩分离火箭飞出大气层。  18:10火箭二三级分离。  18:15火箭三级发动机一次关机星箭结合体进入滑行阶段。  18:25卫星进入初始地球轨道。  18:26三级火箭二次点火。  18:28三级火箭发动机二次关闭。  18:29星箭分离卫星进入近地点205公里,远地点50930公里,周期16小时的超地球同步轨道。  18:36卫星指控转入北京航天飞行控制中心。  18:59卫星太阳能帆板打开。  10月24日19时15分确定发射成功! [编辑本段]嫦娥一号变轨过程  2007年10月25日17时55分完成第一次变轨指令发出130秒后,卫星近地点高度由约200公里抬高到约600公里,变轨圆满成功。这次变轨表明,嫦娥一号卫星推进系统工作正常,也为随后进行的3次近地点变轨奠定了基础。这次变轨是嫦娥一号卫星在约16小时周期的大椭圆轨道上运行一圈半后,在第二个远地点时实施的。  北京时间10月26日17时44分,远望三号测量船消息,嫦娥一号卫星成功实施第二次变轨。这是卫星的第一次近地点变轨。嫦娥一号卫星第二次变轨后,将进入24小时周期轨道。远地点高度由5万多公里提高到7万多公里。  北京时间10月29日18时01分39秒,远望三号测量船消息,卫星成功实施第三次变轨。10月29日第二次近地点变轨,卫星远地点高度由7万余公里提高到12万余公里,开创了我国最远航天测控的新纪录。进入绕地飞行48小时周期轨道。  北京时间10月31日17时28分,嫦娥一号卫星成功实施第四次变轨,顺利进入地月转移轨道,开始飞向月球。卫星远地点高度由12万余公里提高到37万余公里,进入114小时地月转移轨道。这也是卫星入轨后的第三次近地点变轨。北京时间17时15分,嫦娥一号卫星接到指令,发动机工作784秒后,正常关机。北京飞控中心对各项测量数据的计算表明,卫星变轨成功。由绕地飞行轨道顺利进入地月转移轨道。  11月2日上午10时33分,嫦娥一号卫星成功实施了首次轨道中途修正。10时25分,嫦娥一号卫星按照指令要求,星上装载的两个小推力发动机点火成功,对卫星飞行航向实施修正。10时33分,发动机关机,卫星首次轨道修正完成。(后取消)  脱离地球   “嫦娥一号”卫星在发射升空后要先围绕地球用5天的时间转5圈,第一个阶段是绕3圈,每圈16小时,第二阶段是用24小时绕一圈,第3个阶段是用48小时绕一圈。  火箭把卫星送入轨道后,地面注入指令,卫星主发动机点火实施变轨,将近地点抬高到约600公里,让卫星经过测控站上方时速度相对减少,便于后续控制。第二、三、四次点火实施变轨,让卫星不断加速:这3次变轨目的都是加速,每变轨一次,卫星的速度就增加一点,通过3次累积,卫星加速到10.916公里/秒以上的进入地月转移轨道的最低速度,向月球飞去。 [编辑本段]嫦娥一号近月制动  11月5日11月5日11时15分,嫦娥一号卫星主发动机点火,第一次近月制动开始,嫦娥近月制动将持续22分钟。11时37分,嫦娥一号卫星主发动机关机,第一次近月制动结束。到达距离月球420公里,第一次近月制动进入12小时月球轨道。  11月6日第二次近月制动进入近月点200公里,远月点1700公里,周期为3.5小时的轨道,运行3圈。  11月7日8时24分,第三次近月制动开始,这次近月制动将持续10分钟。8时34分成功完成第三次近月制动,卫星进入周期为127分钟,环绕月球南、北极的,高度200公里的极月圆形环月工作轨道。  近月制动克服三大挑战  第一个挑战来自制动时机的唯一性,如果不能在月球捕获点实施近月制动,卫星就将与月球失之交臂,难以进入环月轨道。  第二个挑战是月球空间环境的复杂性,由于是中国卫星首次绕月飞行,对其空间环境缺乏实际的了解和认识。  第三个挑战来自对轨道的测量与控制。按照计划,嫦娥一号卫星要实施三次近月制动。第一次要把卫星的飞行速度从每秒2.4公里降到每秒2.06公里,进入周期为12小时的椭圆环月轨道,第二次要把速度降到每秒1.8公里,进入周期为3.5小时的环月轨道,第三次再降到每秒1.59公里,最终进入周期为127分钟的极月圆轨道。如果没有高精度的测定轨技术和轨道控制技术,很难保证这些任务的完成。 [编辑本段]嫦娥一号日志  ? 2007-11-03 嫦娥一号卫星不再实施中途修正直飞月球捕获点。   ? 2007-11-04 嫦娥一号卫星飞至距地面38万公里高度。嫦娥一号将会在月球吸引下加快飞行速度。   ? 2007-11-05 嫦娥一号卫星根据参数调整姿态及轨控姿态,嫦娥一号主发动机点火实施第一次近月制动,工作22分钟后,正常关机。月球捕获卫星,卫星进入周期为12小时的椭圆环月轨道。成功完成首次近月制动后顺利进入环月轨道,嫦娥一号成为中国第一颗月球卫星。  ? 2007-11-06 嫦娥一号实施第二次近月制动,卫星发动机准时点火,工作14分钟后,正常关机。顺利进入3.5小时轨道。第二次近月制动主要目的是使嫦娥一号进一步降低飞行速度,使其进入“过渡”轨道,从而为卫星最终进入工作轨道做准备。  ? 2007-11-07 8时24分嫦娥一号卫星实施第三次近月制动。卫星顺利进入高度为200公里、周期为127分钟的工作轨道。即将进行绕月探测活动。并向地面传回30首歌曲。  ? 2007-11-20 国家航天局宣布:嫦娥一号卫星工作正常 有效载荷公用设备打开。卫星已处于三体定向姿态,即太阳帆板跟踪太阳以保持供电,定向天线跟踪地球以保持通信,星上安装有效载荷的一面对着月球以利于科学探测。开始传回探测数据,经过处理制作完成第一幅月面图像。   ? 2007-11-21 嫦娥一号卫星在轨测试正常,星地之间数据传输畅通。  ? 2007-11-26 中国国家航天局正式公布嫦娥一号卫星传回的第一幅月面图像。这幅月面图像位于月表东经83度到东经57度,南纬70度到南纬54度。图幅宽约280公里,长约460公里。   ? 2007-12月2号和3号进行了轨道维持,卫星轨道调整为近月点193公里,远月点194公里。  ? 2007-12-09 国家航天局公布部分月球探测数据   ? 2007-12-11 国家航天局正式发布部分月球背面图像   ? 2008-11-13 国防科工局等有关部门正式发布了“嫦娥一号”卫星所拍摄制作的中国第一幅全月球影像图。  ? 2009-3-1 16时13分,嫦娥一号卫星在控制下成功撞击月球。
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