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第25章 嫦娥一号(2)

自10月26日17时33分至29日17时,嫦娥一号卫星在周期为24小时的停泊轨道连续飞行3天。北京时间10月29日17时49分,嫦娥一号卫星飞行至周期为24小时轨道的近地点,北京航天飞行控制中心对嫦娥一号卫星下达指令,卫星上的发动机再次点火,开始实施第二次近地点变轨。18时01分,太平洋上的远望三号航天测量船传来消息,嫦娥一号卫星顺利完成了第二次近地点加速,卫星进入了近地点高度593千米、远地点高度119800千米的大椭圆轨道。卫星绕地球一周的飞行时间由24小时变为48小时,第二次近地点变轨成功。

10月30日17时,嫦娥一号卫星飞行至48小时轨道远地点,此时距离地球约119800千米,突破了此前由“双星计划”探测器保持的7万多千米距离的纪录,开创了我国最远航天测控的新纪录。

10月31日17时15分,地面控制人员发出卫星遥控指令,嫦娥一号卫星上的推力为490牛顿的发动机再次点火,卫星开始加速飞行,784秒后发动机正常关机,卫星的飞行速度由星箭分离时的10.33千米/秒提高到10.58千米/秒。这次加速的目的是将卫星送入近地点600多千米、远地点40多万千米的奔向月球的轨道。

根据变轨后的地面测量数据,嫦娥一号卫星按预定的时间、位置、速度成功进入了近地点614千米、远地点41万千米的地月转移轨道。“嫦娥”在恋恋不舍地绕地球“三回首”(一次远地点变轨和两次近地点变轨)之后,终于踏上了奔月的漫漫旅途。从10月31日开始,嫦娥一号将逐步脱离地球的引力,奔向月球。嫦娥一号与欧阳自远的距离越来越远,他的心却时刻将她牵挂,欧阳自远从心底祝福她一路走好。

按照最初的设计,嫦娥一号卫星在奔向月球的旅途中将进行三次轨道修正,让她沿着正确的道路奔向月球。11月1日,鉴于卫星的飞行路线非常准确,负责嫦娥一号卫星飞行控制的专家组经过集体讨论,决定取消原定于当天实施的轨道中途修正计划。

11月2日上午10时25分,嫦娥一号卫星上的两台小型推力器(推力为10牛顿)点火,对卫星的奔月轨道进行轻微地修正,目的是消除由于发射窗口延后、卫星入轨偏差、第一次远地点变轨和三次近地点变轨实施过程中的轨道误差。根据轨道修正后的地面测量数据,第一次中途修正实现了预期目的,鉴于这次轨道调整非常成功,飞行控制专家组决定再次取消原计划11月4日上午11时进行的轨道中途修正计划。

11月5日上午11时,嫦娥一号卫星已经飞行到距离地球39万千米的位置。11时15分,地面控制人员发出遥控指令,卫星上推力为490牛顿的发动机点火,与前几次发动机点火都是为了使卫星飞行加速不同的是,这次发动机推力的方向与卫星的飞行方向正好相反,点火的目的是为了使卫星飞行减速,被月球捕获。11时25分,卫星距离月球表面最近的距离只有211千米。11时41分,嫦娥一号卫星被月球“成功捕获”,恢复巡航姿态,进入近月点为211千米,远月点为8500千米的绕月轨道,绕月球运行一周的时间为12小时。这一刻,嫦娥一号卫星终于成为一颗真正的绕月卫星,中国人第一次拥有了月球卫星;这一刻,嫦娥一号的全体研制人员为之奋斗了四年多;这一刻,指挥大厅爆发出一阵热烈的掌声,闪光灯和摄像机镜头对准了参与探月工程的科技人员。

当指挥大厅里宣布嫦娥一号卫星被月球成功捕获,终于成为一颗真正的绕月卫星时,欧阳自远热泪流淌。想起人类的探月历史上有太多的月球探测器没有被月球捕获而失败,我们终于成功跨越了这个难关。他看到总设计师孙家栋热泪盈眶,跑过去相互紧紧拥抱,两位老人抱头痛哭!这是冲破千难万险成功的眼泪!这是喜悦自豪的眼泪!这是深情感恩的眼泪!当中央电视台的摄像机对准欧阳自远,希望他谈谈现在的心情,欧阳自远激动的眼泪流淌着,用他沙哑的嗓子自言自语地说:“绕起来了!绕起来了!绕起来了!”这是欧阳自远的真情,也是“嫦娥一号”的心情,好像是嫦娥一号在向世人宣告她“绕起来了!”

当天,胡锦涛总书记和温家宝总理给全体参与探月工程的科技人员发来了贺电。胡锦涛总书记在贺电中写道:“欣闻‘嫦娥一号’第一次近月制动取得圆满成功,卫星已进入环月轨道,我谨向参与‘嫦娥一号’研制、指挥、测控和保障的全体同志表示热烈祝贺和亲切慰问!望再接再厉,夺取绕月探测的新胜利。”温家宝总理在贺电中写道:“欣悉‘嫦娥一号’绕月探测卫星成功实现近月制动,进入绕月轨道,我谨向参与工程的全体同志表示热烈的祝贺和亲切的慰问!希望同志们继续按照高标准、高质量、高效率的要求,一丝不苟,精益求精,大力协同,扎实工作,确保绕月探测工程取得圆满成功!”

11月7日11时21分,嫦娥一号卫星在环绕月球的12小时轨道上运行两圈,在第三圈开始的时候,卫星上推力为490牛顿的发动机点火,卫星开始进行第二次近月制动,与第一次近月制动相同,发动机推力的方向与卫星的飞行方向相反,目的是为了使卫星飞行减速,将卫星绕月球的运行周期由12小时缩短为3.5小时。

根据第二次近月制动后的地面测量数据,嫦娥一号卫星成功进入了近月点213千米、远月点1700多千米,绕月球运行一圈的时间为3.5小时的环月轨道。

11月7日8时24分,嫦娥一号卫星在3.5小时周期的绕月球轨道上已经运行了6圈,卫星上推力为490牛顿的发动机点火,卫星开始进行第三次近月制动,同样是为了使卫星飞行减速,将卫星绕月球的运行周期由3.5小时进一步缩短为127分钟(2.12小时),进入嫦娥一号卫星开展科学探测的工作轨道。

嫦娥一号卫星从发射升空到准确进入环月工作轨道,一共经历了主动段、调相轨道段、地月转移轨道段和环月轨道段等4种不同的轨道,经历了一次远地点变轨、三次近地点变轨、一次中途修正、三次近月制动等8次变轨过程。嫦娥一号卫星的变轨误差从设计指标要求的2%提高到实际变轨误差为4‰以内,比设计要求提高了整整50倍,几次变轨都取得了圆满成功,实现了“精确测控、准确变轨”的要求。

11月10日,嫦娥一号卫星发射后的第17天。这一天太阳、嫦娥一号卫星、地面测量站三者之间的夹角缩小至5°—8°之间,太阳产生的强大的电磁波将干扰地面站天线对卫星信号的接收。科技人员对这次日凌的发生时间做了准确的预报,对可能造成的影响做了精确的分析,并提前做好了各种应对措施。根据事后的数据分析,本次日凌发生期间,地面站对卫星的跟踪过程正常,遥测数据接收正常,嫦娥一号卫星工作正常。

11月20日16时49分00秒,嫦娥一号卫星上的CCD立体相机开机。紧接着,中国科学院国家天文台的密云地面站和昆明地面站同时收到来自嫦娥一号卫星上的科学探测数据,17时27分00秒,CCD立体相机关机。绕月探测工程地面应用系统的科研人员在深入分析和处理探测数据之后,调整参数设置,使立体相机获得最佳的成像效果。

11月26日上午9时,嫦娥一号卫星正在进行第223圈的绕月飞行,党中央、国务院、中央军委在北京航天城隆重举行嫦娥一号卫星第一张月面图片发布仪式,同时播放了嫦娥一号卫星从遥远的环月轨道传回的语音和歌曲《歌唱祖国》的片断。温家宝总理出席了发布仪式。第一张月面图片是探月工程地面应用系统在对嫦娥一号卫星从距离地球38万千米的环月轨道传回的第一批图像数据进行处理后,形成的清晰的可见光图片。第一张月面图片的发布,标志着我国首次探月工程取得圆满成功。

11月26日以后,嫦娥一号卫星上的其他7种科学探测仪器相继陆续开机,在经过一段时间的在轨测试之后,卫星转入长期管理和业务运行阶段。

在接下来的12个月内,嫦娥一号卫星将在周期为127分钟的环月轨道上运行一年,对月球开展全球性的综合科学探测。卫星获取的科学探测数据按照标准数据格式进行预处理之后,将在首席科学家的领导下,组织全国科学家开展科学应用和研究工作,实现嫦娥一号的四大科学目标,即获取月球的三维立体影像,探测月球表面物质的组成,探测月壤特性,探测月球的空间环境,获得中国人探测月球的第一手资料,为我国月球探测的二、三期工程打下坚实的基础。

嫦娥一号是我国自主研制的第一颗月球探测卫星,其发射成功,标志着我国实施月球探测工程迈出了重要一步。

欧阳自远和同事们相拥而泣。为了嫦娥一号,几年来,这些人都没睡过一个踏实觉。现在,“嫦娥”终于成功飞天揽月了,大家也终于可以好好地睡一觉了。

欧阳自远不由想到一位同事的故事。2006年9月,一位年轻的主任设计师正在云南昆明进行一项重要的对接试验。他的女儿在北京某医院呱呱坠地,妻子打来电话,他在电话里听着初生女儿的啼哭声,憨憨地笑着。当妻子询问他什么时候回去看看女儿时,他不由得落下泪来。“嫦娥”成功飞天揽月后,欧阳自远走到这位年轻同事身旁,关心地问:“还没见到女儿吧?”对方笑笑,说:“快了!”

正是无数个这样心怀祖国、心怀飞天揽月梦想的“嫦娥人”的无私奉献,才迎来此刻“嫦娥”的成功飞天揽月。欧阳自远为能够拥有这样志同道合的同人而骄傲、自豪、欣慰。

嫦娥一号的成功发射,举世瞩目。海内外媒体和舆论纷纷赞扬中国这一壮举,标志着在人类进入深空探测的伟大进程中,中国站在世界的前列。

“嫦娥奔月”是中国人民流传千年的传说,以嫦娥一号命名中国的绕月工程,并且发射成功,不仅圆了中国人民的千年之梦,也显示了今日的中国人民已经不满足于吟风弄月,不只是把圆月当作人们情思柔肠的寄托,更把月球当作人类探索太阳系奥秘,进行深空探测的必经之路,同时也寄托了中国人民的强国之梦。

欧阳自远的心,一直运行在探寻太空的轨道上。不辞辛苦,不计得失,几乎用了自己一生的精力,奔走在地月间。

$“零窗口”发射

嫦娥一号卫星发射时,“零窗口”一直是关键词之一。所谓“零窗口”,即指在预先计算好的发射时间,分秒不差地将火箭点火升空,不允许有任何延误与变更。

在“零窗口”发射时火箭的发射时间几乎没有调整的余地,通常采用定时控制火箭点火的办法来实现“零窗口”的发射。如果火箭不能准时发射,则要推迟发射,等待下一次发射窗口,甚至要推迟一天或若干天才能发射。所以“零窗口”发射对火箭可靠性提出了更高的要求。

嫦娥一号的发射窗口预留了35分钟,在这35分钟内都可以发射。但在最后一分钟发射与在第一分钟发射相比,卫星燃料将要损失120公斤,这对总共只有1200公斤燃料的嫦娥一号是很大的损失,将直接影响其工作时间和工作寿命。如果由于特殊原因在这35分钟内不能正常发射,就只能取消发射计划,推迟到第二个月重新确定发射窗口。

早期火箭的发射窗口是根据光学观察条件来确定的,发射时间一般选择在凌晨或傍晚,这时太阳处于地平线的位置上,阳光能照射到火箭,而大地处于比较暗的环境中,产生较大的反差,形成较好的光学观察条件,以便对火箭飞行进行光学测量研究。

应用卫星出现后,卫星对发射条件的要求更为复杂,这时光学观察条件成为极为次要的条件。由于卫星的功能、用途各不相同,各类卫星对运载火箭发射条件有不同的要求,相应发射窗口也不尽相同。

一般来说,发射窗口主要有下列约束条件:太阳照射卫星飞行下方(星下点)地面目标的光照条件(如气象、资源等卫星);卫星太阳帆板与太阳光线的相对关系(太阳能电池供电的要求);卫星姿态测量精度要求的地球、卫星、太阳的几何关系;卫星温度控制要求太阳只能照射卫星某些方向;卫星处于地球阴影内时间长短的要求(太阳能电池供电的要求);着陆回收时间的要求(如返回式卫星、载人飞船等);对卫星轨道面的特定要求(如移动通信卫星星座、轨道交会、轨道拦截等);地球与目标天体相对位置的要求(如月球探测器、行星探测器等);其他如地面跟踪测量条件、气象条件;等等。

确定发射窗口,实际上是根据约束条件来确定飞行轨道与特定对象(如太阳、月球、交会对象等)之间的相对位置,同时也选择适当的发射环境条件。

根据各项约束条件,各类卫星的发射窗口也各有规律。

资源卫星、照相侦察卫星、中轨道气象卫星等,要求对地面目标区域有较好的光照条件,发射窗口要选择在白天。载人飞船除了要对地观察外,同时要求在白天返回着落场,因此发射窗口也在白天,其发射窗口宽度则要受到姿态测量和温控的制约,另外卫星运行区域和载人飞船着陆场区的气象条件也是发射窗口需要考虑的因素。地球同步卫星(包括地球同步通信卫星、地球同步气象卫星等)的发射窗口主要取决于太阳角、地影、日地张角、地面测量等约束条件,因此它与太阳位置、卫星姿态、轨道、卫星控制方式(自旋稳定方式或三轴稳定方式)、轨道变轨方式、卫星的布局形式以及地面站位置等有关。

对不同的卫星即使轨道相同,发射窗口也可能有较大的差别。一般说,由于发射地球同步卫星时火箭发射段的航程较长,发射点所在的子午面与转移轨道主轴(轨道近地点与远地点的连线)的夹角较大,而卫星的变轨操作等都是在转移轨道的远地点进行的,如果为了满足太阳角和日地张角等的约束,远地点应处在白天环境下,这时地球同步卫星的发射就要在晚间进行。发射窗口宽度一般为1小时左右。

对于卫星星座、轨道交会、轨道拦截等发射任务而言,由于要求将卫星送入惯性空间中预定的轨道面,因此对发射时间有更严格的要求,发射时间由轨道面在惯性空间中的指向(轨道升交点赤径)确定,在一天24小时内都有可能。发射窗口的宽度取决于轨道面的误差要求。

月球探测器和行星探测器的发射窗口主要取决于目标天体(月球或行星)的位置,发射必须在地球与目标天体处于一定的相对位置之时间范围内进行。如果错过这段时间,地球与目标天体的相对位置发生变化,则相应要调整火箭的发射方位角或飞行路线。

可见,做到“零窗口”绝非易事,而嫦娥一号的团队确实做到了!

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