即将走出神话的嫦娥

嫦娥工程五大系统关系示意图

嫦娥一号卫星飞行程序示意图

　　“嫦娥工程”既参考了以往国际探月活动的经验，又具有我们自己的特色，始终围绕推动我国高新技术领域“原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新”的目标制订计划并组织实施。在航天科技方面，“嫦娥工程”将逐步实现多项重大突破，首次到达地外天体，首次着陆在地外星球上，首次从地外星球拿回样本。这些技术的突破将推进航天工程系统集成、深空测控通信、新型运载火箭和航天发射等航天技术跨越式发展，带动信息技术、新能源技术、新材料技术、微机电技术、遥测科学等其它高新技术的发展。

在空间科学方面，通过首次对地球以外的星体和空间环境进行近距离和接触式探测，将使我们对于空间科学的认识大大深化，为我国的天体物理学、空间物理学与材料科学的研究建立新的平台，促进这些学科的创新和发展，并带动更多基础学科间的交叉、渗透与共同发展。

　　该工程将开拓中国航天活动的新领域；对提高综合国力，增强民族凝聚力具有重大作用；有利于在外空事务和未来开发月球中维护国家权益；促进中国高技术的全面发展；促进中国基础科学的创新和发展；参与开发利用月球资源，促进人类社会的可持续发展；推进中国航天领域的国际合作。

　　两类大目标

　　“嫦娥工程”第一期是研制嫦娥一号月球探测卫星，它将创造中国航天器史上多个第一的记录：第一个进入月球轨道的航天器；第一次在飞行中实现9次变轨的航天器；第一次使用紫外敏感器进行姿态确定的航天器和第一次实现远程测控通信的航天器。

　　（1）五大工程目标

　　第一期工程有五大工程目标：研制和发射我国第1颗月球探测卫星；初步掌握月球探测探测基本技术；首次开展月球科学探测；初步构建月球探测航天工程系统；为月球探测后续工程积累经验。为此，要突破月球探测卫星的关键技术；初步建立中国的深空探测工程大系统；验证有效载荷、数据解译等各项关键技术；初步建立中国深空探测技术研制体系；培养相应的人才队伍。

　　（2）四大科学目标

　　一是获取月球表面三维立体影像，从而划分月球表面的基本地貌和构造单元，初步编制月球地质与构造纲要图，为后续优选软着陆提供参考依据。目前，世界上还没有覆盖整个月面的影像，如果我国获取全月面三维影像，则对于更好地了解月球的地质构造和演化历史有着重要的意义。我国将争取比国外已有的此类图像做得更完整、更精细。

　　二是分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点，即对月球表面有用元素进行探测，初步编制各元素的月面分布图。嫦娥一号主要是探测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。美国已经做了5种有用元素的全球性分布与含量，我国将探测月球表面14种可能有开发利用前景的重要元素的分布特点和规律。

　　三是探测月壤特性。我国将首次开展月球表面的微波辐射探测，获取月壤厚度的全月分布特征，研究月表年龄及演化，估算月壤中氦3的分布和资源量。目前月球上已知矿物有100多种，其中有5种连地球上也没有。尤其是氦-3，它是一种安全高效、清洁无污染的新型核聚变燃料，可改变人类社会的能源结构，但在地球上十分罕见。每1克黄金价值11美元，而每1克氦-3是400美元。月球潜在的矿产资源和能源的开发利用前景，已成为各个主要航天国家组织重返月球或月球探测最主要的动力。

　　四是探测地月空间环境。将记录原始太阳风数据，研究太阳活动对地月空间环境的影响。

　　上述中的前3项国外未曾进行过，第4项为我国首次在地球静止轨道以外获取空间环境数据。

　　五个大系统

　　第一阶段的月球探测卫星工程系统是由月球探测卫星、运载火箭、发射场、测控和地面应用等五大系统组成。

　　（1）月球探测卫星系统

　　嫦娥一号是月球探测卫星工程系统中最重要的一环，由中国空间技术研究院负责研制。该月球探测卫星选用东方红三号卫星平台，总重量2350千克，设计寿命一年。该星体尺寸为2000毫米×1720毫米×2200毫米，并充分继承资源一号、二号等地球卫星的现有成熟技术和产品，进行适应性改造。所谓适应性改造就是在继承上的创新，突破一批关键技术。例如，三维定向技术，即卫星的太阳能电池翼、遥感器和传输信息的天线分别要时刻对准太阳、月亮、地球。另外，在月球探测卫星的轨道设计和紫外月平仪的研制等方面，也都开展技术攻关。它采用三轴稳定方式，对月定向工作，将运行在距月球表面200千米的圆形极轨道上。

　　为了实现探月的四大科学目标，嫦娥一号上载有6套24件130千克月球探测仪器，其中包括CCD立体相机、激光高度计、成像光谱仪、γ/X射线谱仪、微波探测仪、太阳风离子探测器等。其中CCD立体相机是拍摄全月面三维影像的专用相机，在我国首次使用；成像光谱仪用于获取月面光波图谱；γ/X射线谱仪用于探测月球表面元素；微波探测仪除用于获取月壤的厚度信息之外，还能够给出月球背面的亮度温度图和月球两极地面的信息。

　　从发射到进入环月工作轨道，嫦娥一号奔月要转几次路，飞行时间大约需要10天才能到达月球附近的轨道。整个飞行过程要经历调相轨道、地月转移轨道、月球捕获轨道和环月工作轨道几个阶段。

　　（2）运载火箭系统

　　嫦娥一号选用长征三号甲发射，由中国运载火箭技术研究院负责研制。该火箭全长52.52米，最大直径3.35米，地球同步转移轨道运载能力为2600千克，已有10多次全胜发射记录。

　　根据设计，月球探测器的运行轨道为近地点200千米、远地点5.1万千米，属于大椭圆轨道，必须要求火箭能够精确地将探测器送入预定轨道，才能准确完成预定的探测任务。为了满足探月卫星的特殊要求，对长征三号甲火箭控制系统增加了单机和线路的备份，确保火箭飞行过程中不出现任何偏差，万无一失。

　　选择长征三号甲主要考虑到它是“长征”系列火箭家族中发射成功率最高的成员之一。由于该火箭拥有更灵活先进的控制系统，可以在星箭分离前对有效载荷进行大姿态调姿定向，并提供可调整的卫星起旋速率，因而具有很强的适应性。

　　因为地球和月亮之间的运动，嫦娥一号发射时间是择机确定的，要考虑到光照、太阳入射角、测控条件以及轨道限制等因素，一个月当中只有35分钟适宜发射的“窗口期”，也就是说，错过这35分钟也就意味着错过了一个月，将不得不等到下个月再发射。所以，嫦娥一号将在其发射窗口到来的前三天发射，按计划，嫦娥一号发射后将绕地球运转3圈，做加速运动，这3圈时间分别是16、24和48小时，之后将奔月球而去，并在抵达月球前‘急刹车’，而它进入绕月轨道后，仍将围绕月球极地轨道转三圈，稍做调整才进入预定工作轨道，从发射到正式工作需要花费近半个月的时间。”

　　嫦娥一号从起飞到进入目标轨道的飞行过程中将多次经过中国上空。如果地理位置、天气条件允许的话，人们有可能用肉眼观测到现代“嫦娥”奔月的情景。

　　（3）发射场系统

　　发射场系统由西昌卫星发射中心负责建设，选在西昌卫星发射中心，改建一系列的发射工位。

　　（4）测控系统

　　它由西安卫星测控中心和总装测通所负责建设。由于旅途遥远，所以测控系统尤为重要。其测控系统以我国现有的S频段航天测控网为主，辅以甚长基线干涉仪（VLBI）天文测量系统组成，并进行必要的适应性改造。

　　（5）地面应用系统

　　该系统由中科院空间科学与应用研究中心负责研制和建设，由数据接收、运行管理、数据预处理、数据管理、科学应用与研究五个分系统组成。

　　以前，我国在上海佘山和乌鲁木齐分别拥有一个直径25米的天线，它们只能有4~6个小时可以用来接收卫星上的信息。为了嫦娥一号计划的顺利实施，我国又在北京和昆明分别设两个直径为50米（国内最大的）和40米的天线。这样在我们的国土上，可用4个天线交叉干涉对近40万千米远的嫦娥一号进行测控，并为应对外界的干扰因素、意外因素，留有应急的能量。

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