超期服役 擔(dān)負(fù)新使命
2011年3月的一天，在國家國防科技工業(yè)局的主會議室，探月工程重大專項(xiàng)第八次領(lǐng)導(dǎo)小組會議如期舉行。這次會議將最終決定嫦娥二號的“歸宿”。實(shí)際上，從2010年10月1日嫦娥二號成功發(fā)射之日起，有關(guān)她的最終“歸宿”就一直成為熱點(diǎn)話題。
專家指出，對于嫦娥二號的歸宿有三個選項(xiàng)：一是讓嫦娥返回地球軌道;二是著陸月球?yàn)殒隙鹑柭湓路e累經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù);三是遠(yuǎn)赴深空，開展拓展性試驗(yàn)。
工程總體組織各系統(tǒng)經(jīng)過反復(fù)論證、科學(xué)研判，最終決定：開展拓展性試驗(yàn)，奔赴日地L2點(diǎn)進(jìn)行深空探測。
2011年4月1日，嫦娥二號順利安全運(yùn)行180天，半年設(shè)計(jì)壽命期滿，圓滿完成了各項(xiàng)工程目標(biāo)和科學(xué)探測任務(wù)，星上剩余燃料充足，全系統(tǒng)狀態(tài)正常穩(wěn)定，拓展試驗(yàn)隨即展開。
“嫦娥二號的拓展試驗(yàn)分三項(xiàng)內(nèi)容：第一項(xiàng)是補(bǔ)拍月球南北兩極的圖像;第二項(xiàng)是用主發(fā)動機(jī)降軌至15公里軌道高度，對嫦娥三號預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行高清晰成像;第三項(xiàng)也是最重要的一項(xiàng)，就是從月球軌道逃逸，到達(dá)日地L2點(diǎn)，進(jìn)行深空探測。”探月工程總體部副部長劉彤杰介紹說。
4月24日至5月20日，嫦娥二號成功控制衛(wèi)星完成對月球兩極拍圖，實(shí)現(xiàn)了高分辨率月圖的完整覆蓋;
5月21日至23日，嫦娥二號完成降軌試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對虹灣區(qū)域進(jìn)行分辨率優(yōu)于1.5米的高清晰成像，又獲得了幅寬6公里左右的“斑馬線”16軌，與已獲圖像有效拼接，進(jìn)一步了解虹灣區(qū)域的地形地貌，將為嫦娥三號著陸區(qū)域的選擇提供可靠信息;
6月9日，嫦娥二號衛(wèi)星正式飛離月球，奔向150萬公里遠(yuǎn)的日地L2點(diǎn)。
開展拓展性試驗(yàn)任務(wù)，嫦娥二號的工作壽命有望延長至兩年。而這“多出來的”兩年時(shí)間，對航天人來說極其珍貴。
日地L2點(diǎn)距離地球大約有200個地球半徑那么遠(yuǎn)。抵達(dá)那里后，嫦娥二號上搭載的太陽風(fēng)粒子探測器、太陽高能粒子探測器、x射線譜儀和γ射線譜儀等有效載荷將對高能粒子和太陽風(fēng)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，并對可能的太陽X射線爆發(fā)和宇宙γ爆等進(jìn)行觀測，獲取科學(xué)數(shù)據(jù)，將提高人類對日地空間環(huán)境的認(rèn)識。
長途跋涉 向深空邁進(jìn)
拉格朗日點(diǎn)位于太陽和地球的延長線上，由法國數(shù)學(xué)家拉格朗日1772年推導(dǎo)證明出，共有5個。其中，日地L2點(diǎn)受萬有引力的干擾最小，在日地L2點(diǎn)上衛(wèi)星消耗很少的燃料即可長期停留，因此是觀測整個宇宙的理想位置，也成為此次嫦娥二號拓展試驗(yàn)，邁向深空的目的地。
奔月難，奔向150萬公里深空更難。嫦娥二號衛(wèi)星的這次旅程無疑是中國航天史上飛得最遠(yuǎn)的一次“跨越”。“新”軌道設(shè)計(jì)、“遠(yuǎn)”距離跨越、“長”時(shí)間旅程、“準(zhǔn)”測控保障……這些都在考驗(yàn)著中國航天人。
從4月1日嫦娥二號圓滿完成既定任務(wù)到6月9日飛離月球，奔向深空只有短短兩個月的時(shí)間。軌道設(shè)計(jì)面臨巨大挑戰(zhàn)，必須同時(shí)考慮日、地、月三個天體的引力場;同時(shí)，由于誤差更敏感，這對衛(wèi)星的精確執(zhí)行能力也是一個考驗(yàn)。
嫦娥二號衛(wèi)星主任設(shè)計(jì)師黃昊說，這使衛(wèi)星的軌道設(shè)計(jì)復(fù)雜度大大提高，短短兩個月的時(shí)間設(shè)計(jì)全新的軌道方案，在環(huán)繞目的地飛行階段，衛(wèi)星只要有任何一點(diǎn)擾動，都會漂離，因此在軌道設(shè)計(jì)的精度方面，要求比此前的衛(wèi)星控制設(shè)計(jì)高得多。
“從40萬公里到170萬公里長途跋涉，距離遠(yuǎn)會帶來很多的問題：信號衰減，使測控的難度大大增加，現(xiàn)在幾乎把所有的能力挖掘到了極限。”嫦娥二號測控系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師周建亮說，由于距離實(shí)在太遠(yuǎn)，嫦娥二號衛(wèi)星需要具備接受更弱信號的能力。
從地球到月球，嫦娥二號用了112小時(shí)，而到達(dá)日地L2點(diǎn)，則要用77天。考慮到嫦娥二號攜帶燃料有限，最終選擇了一條最低能量軌道，盡管耗時(shí)長，但燃料消耗值最低，同時(shí)衛(wèi)星攜帶的備用燃料也大大增強(qiáng)了安全性，但燃料用盡的風(fēng)險(xiǎn)始終伴隨著“嫦娥”的征程。
據(jù)了解，嫦娥二號的設(shè)計(jì)壽命只有半年，但未來還將繼續(xù)工作一段時(shí)間，這對衛(wèi)星儀器設(shè)備的可靠性、實(shí)際能力都是一個檢驗(yàn)。零窗口發(fā)射、精準(zhǔn)的測控，使衛(wèi)星節(jié)省了大量燃料，嫦娥二號的遠(yuǎn)征之旅始終能量充裕;精良的軌道設(shè)計(jì)，使原定四次的中途軌道修正只進(jìn)行了一次即到達(dá)了日地L2點(diǎn)。
“嫦娥二號飛往日地L2點(diǎn)，可以說是我國航天領(lǐng)域的又一個重大跨越，成為世界首個直接從月球軌道飛赴日地L2點(diǎn)的航天器，標(biāo)志著我們在軌道設(shè)計(jì)、飛行控制、測控、通信方面的技術(shù)有了突破，也是我們國家第一次進(jìn)行一次發(fā)射、執(zhí)行多個任務(wù)、多個目標(biāo)深空探測的一次有益嘗試。”探月工程副總指揮吳志堅(jiān)說。
長路漫漫 光榮與夢想同在
縱覽國際航天風(fēng)云，向深空進(jìn)軍，是大勢所趨。
嫦娥二號衛(wèi)星的拓展試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了中國航天的多個“第一”：國際上第一次獲取7米分辨率的全月球影像圖;第一次從月球軌道出發(fā)探測拉格朗日點(diǎn)的航天活動;第一次實(shí)現(xiàn)中國對月球以遠(yuǎn)的太空進(jìn)行探測;中國第一次開展拉格朗日點(diǎn)轉(zhuǎn)移軌道和使命軌道的設(shè)計(jì)和控制，并實(shí)現(xiàn)150萬公里遠(yuǎn)距離測控通信。
探月工程專家告訴記者，如果一切順利，嫦娥二號將不斷創(chuàng)造中國航天飛行測控的新紀(jì)錄，衛(wèi)星上搭載的四種科學(xué)儀器能夠長期觀測，還將不斷獲取豐厚和珍貴的宇宙探測數(shù)據(jù)。
探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁難掩內(nèi)心的激動對記者說，嫦娥二號順利到達(dá)日地L2點(diǎn)將很好地檢驗(yàn)中國進(jìn)入深空的軌道設(shè)計(jì)能力;驗(yàn)證中國150萬公里以遠(yuǎn)的深空探測和通信能力;檢驗(yàn)中國在建的35米和64米的深空探測站的探測能力，為未來中國航天器駛向更遠(yuǎn)的宇宙空間奠定基礎(chǔ);同時(shí)，對太陽高峰年的探測將大大提高人類對日地空間環(huán)境的認(rèn)識。
在“嫦娥”遠(yuǎn)赴深空的漫漫征程中，每一個環(huán)節(jié)、每一個動作，都凝聚著數(shù)千名工程科技人員的心血和智慧。拉格朗日L2點(diǎn)，既見證了中國在航天領(lǐng)域取得的又一重要跨越，又將成為中國人邁向深空的新起點(diǎn)。
