□ 吳 珊
2012年12月13日16時30分,飛離拉格朗日L2點195天的嫦娥二號衛(wèi)星,在北京航天飛行控制中心的精確控制下,成功飛越探測圖塔蒂斯小行星,抵達距離地球約700萬千米遠的深空,在國際上首次實現(xiàn)對該小行星近距離的探測,將中國航天“太空長征”的軌道鋪向小行星。
從當天15時20分開始,北京航天飛行控制中心通過地面深空測控站,開始向嫦娥二號連續(xù)發(fā)出控制指令和數(shù)據(jù)。飛控大廳大屏幕上三維動畫生動展現(xiàn)了衛(wèi)星調(diào)姿對小行星拍照的全過程。15時30分,嫦娥二號衛(wèi)星小發(fā)動機點火,一簇簇明黃色火焰不斷從衛(wèi)星各個方向噴出,逐步與圖塔蒂斯小行星由遠及近擦身而過,交會時的最近距離僅為15千米,相對速度10.7千米/秒。交會時嫦娥二號星載監(jiān)視相機對小行星進行了光學成像。至此,嫦娥二號再拓展試驗圓滿成功,嫦娥二號工程圓滿收官。
此次探測是中國航天史上最遠的“太空長征”,與近地飛行器8萬千米、嫦娥一號衛(wèi)星38萬千米的距離相比,此次700萬千米是中國航天器迄今為止到達的最遠距離。此前,北京航天飛控中心精確控制嫦娥二號衛(wèi)星,在世界上首次實現(xiàn)從月球軌道出發(fā),進入距離地球約150萬千米遠的日地系統(tǒng)拉格朗日L2點環(huán)繞軌道。“嫦娥二號成功飛越小行星,標志著我國深空探測領(lǐng)域的創(chuàng)新能力取得新的突破,我國成為世界上繼歐空局、美國、日本后第4個對小行星進行探測的國家?!碧皆鹿こ炭傇O(shè)計師吳偉仁說。
“從拓展實驗到再拓展實驗,最大的突破就是軌道的設(shè)計、軌道的測定與軌道的控制。特別是考慮到在燃料非常緊張的情況下,進行再拓展試驗尤其困難。那么我們通過拓展再拓展試驗,把一個超期服役的月球探測器先送入到L2點,再把它送去與小行星交會,在軌道設(shè)計上就要十分的精準。而且,在拓展試驗飛行過程分為‘L2點繞飛軌道脫離飛行段’‘轉(zhuǎn)移飛行段’‘交會飛行段’和‘遠離飛行段’四個階段,哪個階段軌道的設(shè)計與控制出現(xiàn)偏差,都會導致探測小行星任務的失敗。”嫦娥二號測控系統(tǒng)副總設(shè)計師、北京航天飛行控制中心總工程師周建亮介紹說。
由于小行星與地球都在相對運動,衛(wèi)星剩余燃料極其有限,嫦娥二號飛越小行星的機會僅有一次,這對衛(wèi)星軌道的確定和控制精度要求非常高。為確保嫦娥二號衛(wèi)星從日地L2點出發(fā),實現(xiàn)小行星飛越或者交會,北京飛控中心針對小行星交會軌道設(shè)計控制、對小行星進行成像控制的關(guān)鍵和難點,從任務總體規(guī)劃、精密軌道測定、交會軌道選取與控制以及飛控應急預案等方面開展技術(shù)研究,破解了有限數(shù)據(jù)深空軌道確定、小行星精確軌道測量與評估、交會軌道設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)。
北京飛行控制中心
嫦娥二號衛(wèi)星奔赴小行星示意圖
嫦娥二號飛越小行星使我國成為第4個對小行星進行探測的國家并且驗證了與小天體交會的軌道設(shè)計、控制能力,除此之外,還對我國在建的兩個深空站進行檢驗和標校。
衛(wèi)星在飛越小行星的過程中,對我國新建成的喀什35米和佳木斯66米兩個深空站和上海65米VLBI站進行標校試驗,實戰(zhàn)檢驗了我國深空探測、天文探測的水平和能力,為我國未來的深空探測活動,尤其是小行星探測奠定了堅實的基礎(chǔ)。
“離開L2點后,嫦娥二號衛(wèi)星的飛行距離在逐漸地加大,從150萬千米逐漸接近到700萬千米。這樣的話,我們在環(huán)月及繞L2點飛行過程中使用的測繪系統(tǒng)已經(jīng)不能完成對此次任務的監(jiān)控,700萬千米,已經(jīng)超出了我們原有測控設(shè)備的支持能力。為了完成此次任務,2012年10月份我們正式起用喀什站和佳木斯站。2012年10月15號,這兩個新測控站正式開始跟蹤嫦娥二號衛(wèi)星?!敝芙两榻B說。
佳木斯、喀什深空站分別于2008年1月9日和5月7日簽訂設(shè)備研制合同,其中佳木斯站具有S、X兩個工作頻段,喀什站有S、X、Ka三個工作頻段,原定目標是為嫦娥三號衛(wèi)星任務服務。