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嫦娥二号部分探测成果展示及介绍
来源: 时间:2010.11.13

嫦娥二号的飞行跟嫦娥一号有很大的不同,嫦娥一号的时候,采用的火箭是没有助推的火箭,只有一个星级,所以他用了一定的时间在地球上加速。不是因为我们没有很的火箭,而是我们第一次去月球,为了安全可靠,就像摸着石头过河一样,要慢慢来,以保证稳定和可靠。

有了嫦娥一号的经验后,嫦娥二号就大胆了,采用了两个助推的火箭,这两个火箭的推力大多了,可以它送到200×36万公里的大椭圆。嫦娥一号的时候我们花了将近十天的时间到达月球,嫦娥二号只用了五天的时间到达月亮。实际上我们发射的时间是10月1号18时59分57秒,比新闻联播早3秒,新闻联播开了一个小窗口,直播嫦娥二号的飞行。这是新闻联播创的记录,过去从来没有这样的事,只有这次开了一个小窗口,新闻联播还在唱曲子的时候有已经有这个了,比新闻联播早3秒发射。

10月6号,月球捕获,进入这样一个大椭圆轨道,就是进入月球的范围。到10月9号,我们通过两次制动,第一次是100×800,然后再进入100×100的轨道。10月16号,我们进入了一个100×15的椭圆轨道,这是进行试验成像。

在这个期间,嫦娥二号实际上最紧张的时候就是在奔月的过程和最后它进入轨道,只要一旦进入轨道,我们就比较松一口气了,这里面我们一点都没有闲。这里可以展示一下嫦娥二号奔月过程当中的一些事,主要是三件:

第一,我们的飞控要保证嫦娥二号按照我们预定的轨道飞行,首先我们要测准位置,这样我们才能控得稳,要让它完全按照我们预设路线走,不要偏离路线,所以我们进行了一次修正,后面就没有修正过了,因为我们测得准、控得稳。

第二,我们进行了科学探测,嫦娥一号的时候由于各种原因,奔月的时候我们很多载荷都关机了,但是嫦娥二号的时候我们三个载荷开机,高能粒子探测器,太阳能探测器,在10万公里以后就已经开机了。

第三,我们一路开启了很多试验,包括卫星上的关键部件、定向天线等等。这里给大家分几个动画,用监视相机拍的图像。

这是在大约发射40分钟以后太阳仪展开的图像,这是我们国家第一次在空中实施拍摄的情况,然后传回来进行分析。通过这个图象我们可以看到,太阳仪在中空里面振动的频率是多少、振动的幅度有多大,这些数据可以为我们天线、卫星力学的设计提供非常好的参考。

第二个是在大约10万公里左右的时候,我们试着拍了一下地球,回头看地球是什么样子的,这是10万公里以外第一次看到地球的景象。因为我们的神州、卫星,一般来讲是380公里的高度,一般气象卫星太阳同步轨道是800-1000公里的轨道,我们的通讯卫星它不照相,在4万公里。所以,这是我们最远的地方看地球,这是用我们中国人的眼睛看的。这个地方是北美,半岛的地方是墨西哥的西面,加利福尼亚州的南面,墨西哥的一个海峡,这块就是太平洋。当然,还有一些别的图片,时间原因就不展示了。

第三个给大家展示一下卫星的重要部件,就是星地连接的天线,是一个定性天线,在执行任务的时候,对我们地面系统的40米、50米两个天线对上话,它要指向地球,指向我们的40米、50米天线,这个时候它要运动,运动的时候我们要拍下来了。

这个是地球,因为在传输任务开始的时候,这个天线要指向地球,我们把指向地球的过程中照出来了。实际上是一个很简单的相机,这是要拐弯,要转向地球了,每秒是1帧的画面。

第四个再请大家看一下,这是我们在离地球26万公里到30万公里的地方照了一下月亮,离地球比较近,对着月亮照了一下,比较遗憾的是,我们第一次干这个事,这个相机比较简单,是一个定焦距、定视场的相机,所以对于曝光的侧面做得不是很好,对于主体的曝光不是很准确,我们可以在以后改进的时候应该考虑怎么预设一个小区域,然后来曝光,因为我们的测光没有人工指令,只能靠自动,如果曝光曝得好的话,月亮会照得很漂亮。

第五个展示一下我们第二次制动,在这个地方我们对于月球也进行了成像。这是离月球180公里左右开始拍的,过了一段时间,卫星飞到大约快到100公里的市我们就要到月球探测器进行刹车,刹车主要力量是来自于490牛的总发动机,需要点火,一点火,这里就会很热。这不仅仅是为了看热闹,温度、风度在地面是可以测的,但是在那里我们是没有这么高的测温器可以测的。所以,我们可以通过这个看看它的温度状况怎么样。

这是我们在逐渐的接近月球,最后要制动的时候,我们会有一个姿态调整。过了近月点的时候,发动机就开始点火了,我们把它慢慢调整到100×100公里的轨道上。这是一个点火的情况。

最后我们进入100公里轨道的时候,这也是在接近月面的时候,我们看到我们的发动机,我们能够用这个小相机照到月球表面。这个分辨率我们算了一下大约是100左右的分辨率。现在姿态有一个转动,卫星姿态在调整,然后进入近月点的时候,发动机开始点火了。进入近月点之后,相机的姿态正好对着中空了,就看不到月球的表面了,等于是月球正好在我们的正下方。是这样一个过程。

所以,奔月阶段我们是最忙的,也是最紧张的阶段,但是有些过程和结果当时是不能报道的,所以这些图片都是等到第一幅图片公布的时候才能向大家展示。

11月13号的有效载荷开机,因为所有的数据都需要卫星发射,需要接收。到底接收速率多高,都需要验证。

地面应用系统,这里有两个地面站,50米天线和昆明的40米天线,数据接收下来之后送到国家天文台的地面系统总部来进行一个处理和分析。嫦娥二号的仪器,看起来是科学仪器,或者是有效载荷,实际上是一个相对的概念,也就是说承载的东西、最后要送上去的对象是什么?对于火箭来讲,它的有效载荷就是卫星,对于卫星来讲,它的有效载荷就是科学仪器。这七台仪器全部是由中国科学院的五个研究所来做的,看上去像一些小盒子,一共是7台。

到10月24号,真正激动的时刻是10月24号卫星相机开机。实际上在这之前,我们另外六台机器已经开机了,已经获取了一些数据,但是那些数据表达得都很抽象,可能大家不太关注。人类的眼睛获取信息量最大的还是靠信息量,所以最激动的是10月24号,我们CCD相机在100千米的轨道上开机获取图像。

我们看一下嫦娥二号开机的画面。这是在2010年10月24号零点54分18秒,嫦娥二号开始开机获取数据。这不是我们正式开始工作,是为了测试相机的工作状态,它的曝光量等各个参数是不是合适,不同的纬度它的工作情况要用什么样的调整?我们用了一个星期的时间把相机的工作时间摸清楚了,这是获取的情况。背景这头是背景影像图得到的,都可以在地面应用系统的网站免费下载,但是三维的下载不了,因为它的数据量太大,不仅仅是影像,还有一个地形数据,太大了。

获得第一幅图的快视,相机虽然说是照了,但是在相机里面演示时得到的投像是这样的画面,我们把相机获得的图像实时的传到地面应用系统的两个天线,天线再把它用光纤传到地面应用系统总部的大厅。按照数据来的先后,把它一条一条的排列下来,不做任何处理,叫“快视图”,实际上快视图的显示质量已经非常好了,说明相机工作非常正常,整个地面的处理也是非常好的,传输也基本上没有什么误盲。所以,从卫星、到测控、到地面接收整个工作流程顺畅,接口非常明确,而且各个方面的工作非常正常。

到相机工作正常以后,实际上后面我们进行了很大量的工作,我们用很多轨,用了18轨左右的图象,不同的地区、不同的工作状态、试验了各种相机的工作情况,用了两天的时间把相机摸清楚。之后,我们对虹湾进行相机成像,我们先做了试验,摸清楚之后再做了正式的成像。

跟日本、美国比较,一个投像的比较必须是同一个地方、同一个光照条件、通过的分辨率才能做一个客观的评价。如果不是这个条件,评价都是相对的。不管是用主观、客观还是对比的方法评价,日本的月神获得了一些10米图象,所以我们的7米图象可以跟它比;美国的LRO目前还在地球表面工作,它获得了1.5m的图象,它1.5m也是零零碎碎,不是很全。

主观比较和客观比较,我们嫦娥二号跟美国、日本是在同一个量级的,应该说在很多指标上,在四个最主要指标,三个都比它好一点。跟美国相比,四个主要指标当中,我们两个跟它们是相当的。因为这两个不好比,我们的光线是西南方向来的,日本的光线是从东南方向来的,所以两个方向不一样,所以图像就不一样,但是我们的清晰化比它好。这里是因为日本做了一些处理,而我们没有处理,所以它们看起来比我们干净一些。我们的CCD不行,我们的CCD是进口法国的,中国人航天级的CCD还没有,所以也期待以后致力于科学研究的人能不能用我们自己的CCD上天。日本的电子技术是没说的,美国的都比我们好得多。

从主观来讲,我们也比美国做得好。我们这里基本上没有什么处理,美国做了很多拉伸、噪声去除等很多处理。

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