2010年7月初,距離嫦娥二號衛星發射日期還有兩個多月時間。
舉行完簡樸熱烈的儀式,嫦娥二號衛星發射試驗隊領命出征。他們作為中國航天科技集團公司嫦娥二號任務的首支小分隊,奔赴到那個三年前上演了“奔月神話”的西昌衛星發射中心。
在那里,他們開展了事無巨細的發射前各項準備工作。與火箭發射試驗隊一起,聯袂上演了探月大戲,再探神秘廣寒宮。
打好質量攻堅戰
“如果發射場測試中的質量關沒有把住,就等于幾年的時間白白浪費,用‘功虧一簣’來形容最合適。”
每逢航天重大發射活動,發射場工作定會成為眾人矚目的焦點,因為凝聚了無數人心血的星箭將從這里升入茫茫太空。在航天人眼中,這也是質量工作的最后一道防線。
“如果發射場測試中的質量關沒有把住,就等于幾年的時間白白浪費,用‘功虧一簣’來形容最合適。”擔任著衛星發射試驗隊主要管理協調工作的嫦娥二號衛星副總指揮太萍,經常將這句話掛在嘴邊。
據她介紹,衛星發射試驗隊有150人左右,長期在發射場工作的人員有59位。在這支隊伍中,47人是首次進場,40%左右的人員不到30歲,全隊的平均年齡36歲。
這些數據無一不在闡釋發射試驗隊“新”的特點。那么,最后的質量保衛戰該如何打好?
發射試驗隊組建以后,衛星“兩總”系統主要領導認真分析了發射試驗隊的人員構成,決定通過以“老”帶“新”的方式,確保新人更好地完成發射場各項工作。
剛開始的幾天,發射試驗隊并不急于開展衛星測試工作,而是讓進過場的“老人”帶著沒有進過場的“新人”,認真分析崗位工作任務,填寫職責卡。每個人都要經過衛星型號“兩總”的考核,對每項內容對答如流后才能上崗。
這樣,無論是“老人”還是“新人”,都能快速進入角色,質量工作的效果非常明顯。
嫦娥二號衛星進場的時候,恰逢鑫諾六號衛星處在發射場測試階段。于是,同一廠房里出現了兩個型號同時測試的情況。
“這種情況下,如果不對進入廠房的人員嚴加控制,勢必會造成較為混亂的局面,也不利于廠房特殊測試環境的保持。”太萍說。經過統籌安排,他們既嚴格控制了進入廠房的人員數量,又保證了衛星的測試進度。
在兩個多月的時間里,衛星發射試驗隊按照慣例,開展了若干次“復查”和“雙想”工作。這些質量控制措施,經過了若干次航天飛行任務的檢驗,非常有助于識別風險和準備預案。
經過這樣嚴格的培訓和要求,即使是新進場的技術人員,也迅速熟悉了發射場的工作流程和具體做法,并對基礎性的質量要求有了新的認識,養成了踏踏實實的質量作風。
相比衛星而言,火箭的發射場測試周期則短得多,一般情況下都控制在30天以內。執行嫦娥二號發射任務的火箭是長三丙火箭,它是長征三號甲火箭家族的“老幺”,已經圓滿執行過4次飛行任務。
9月3日,長三丙火箭產品運抵西昌衛星發射中心。
當時,鑫諾六號衛星發射正牽動著長三甲系列火箭“兩總”的主要精力,但火箭總設計師姜杰表示:“該做的工作我們一直在做。今年以來,長征三號甲系列火箭再次迎來高密度發射,很多事情都必須并行考慮。”
嫦娥二號任務對運載火箭提出了新的要求,推力要求更大,入軌精度和控制精度要求更高,特別是地月轉移軌道發射技術是嫦娥二號任務的關鍵技術,也是中國航天史上首次使用這一技術,意義十分重大。
火箭總指揮岑拯也表示:“10月1日是國慶節,恰好是嫦娥二號衛星發射的窗口前沿。因此,這次發射被賦予了極不平凡的政治意義,保成功的壓力更大。”
質量是火箭的生命,也是發射成功的根本保證。這是航天人多年來總結出的經驗。對此,在高密度發射中執行任務的火箭發射試驗隊更是不敢懈怠。
長三丙火箭進場后,發射試驗隊緊密圍繞發射場測試、發射工作這一主線,以及確保嫦娥二號衛星“準時發射、準確入軌”的工作目標開展質量工作。
為了確保長三甲系列火箭研制生產中發生的質量問題歸零措施在這發火箭上得到有效落實,火箭發射試驗隊對長三甲系列火箭2007年10月至今發生的質量問題以及其他型號近期發生的質量問題,全部進行舉一反三,并采取了必要的改進措施。
據姜杰介紹,發射試驗隊此次重點圍繞技術狀態變化在發射場落實、火箭最終狀態確認及“5個百分之百”在發射場落實情況等3個主題,開展了16項專題復查,確保運載火箭系統在嫦娥二號任務飛行試驗中“不留隱患、成功發射、準確入軌、萬無一失”。
一步進入奔月軌道
“這意味著我國不但可以順利地推進‘落’和‘回’階段的探月工程后續任務,而且對我國今后有條件時進行火星、金星等深空探測奠定了堅實基礎。”
10月1日傍晚,隨著長三丙火箭的一聲呼嘯,嫦娥二號衛星順利升空,并順利進入地月轉移軌道,踏上了奔月之旅。
這次發射,長征火箭創造了中國航天史上一個新的記錄:中國從此掌握了地月轉移軌道發射技術。岑拯略帶激動地說:“這意味著我國不但可以順利地推進‘落’和‘回’階段的探月工程后續任務,而且對我國今后有條件時進行火星、金星等深空探測奠定了堅實基礎。”
一步進入奔月軌道,這讓中國航天人興奮不已。
有人曾做過這樣的比喻,嫦娥一號衛星采用的調相發射軌道猶如讓衛星通過“走步梯”的方式,在星箭分離后依靠自身的動力達到奔月點,而嫦娥二號衛星直接由火箭送入地月轉移軌道奔月口,好像是“坐電梯”,一步到位。這形象地說明了兩種發射方式的不同。
嫦娥二號衛星總設計師黃江川說,長三丙火箭采用地月轉移軌道發射嫦娥二號衛星,實際上使我國月球探測和深空探測具有了一種全新的能力,打造了更快捷的“天梯”。
“這種地月轉移軌道發射方式,可以大大縮短衛星奔月的時間。相比于嫦娥一號衛星,嫦娥二號衛星的奔月時間縮短了近一半,只需112小時就可到達月球。”中國航天科技集團公司科技委副主任、中國探月工程副總設計師于登云說。
每一條飛行軌道的設計都是一個復雜的過程,地月轉移軌道的設計則要考慮更多方面因素的制約。
發射當天,星箭分離時,衛星的速度與理論值幾乎一致。用數據說話,這是航天科技工作者們一直以來的信條。如此高精度的發射,讓指揮大廳里一片沸騰。
火箭發射試驗隊里,很多人禁不住流下了激動的淚水。特別是軌道設計師系統人員,他們為了將火箭的這條軌跡做到完美,在無數個日日夜夜里反復推導、優化設計,為此輾轉難眠。
在進場之前,針對嫦娥二號衛星發射任務中運載火箭系統地月轉移軌道發射技術這一關鍵技術,火箭研制隊伍還組織了第三方復核復算工作,進行了長三丙火箭軌道設計復核復算、制導系統復核復算工作,力爭在2010年的這個金秋畫出最美麗的弧線。
事實證明,他們做到了。長征火箭一步進入奔月軌道,注定將載入中國航天史冊。
除了減少奔月的時間外,嫦娥二號任務還有意在衛星上配備了幾臺微小相機進行實時成像。在嫦娥二號衛星的奔月過程中,人們之所以能夠及時看到不同于以往演示動畫的真實畫面,如太陽帆板展開、定向天線展開、發動機點火等關鍵環節,都得益于此。
對此,于登云表示:“在完成嫦娥二號衛星的主任務,并向全國人民展現一幅比原來清晰得多的高分辨率月面圖像的同時,我們試圖展示給全國人民更多好看的圖像。”
追求技術創新與突破
有關專家表示,“嫦娥二號”任務就像是一期工程向二期工程的一個跳板,增加了很多新技術,對探月工程起到承上啟下的關鍵作用,并對整個探月工程甚至航天事業的發展都具有十分重要的意義。
嫦娥二號衛星是嫦娥一號衛星的備份星,同時也是我國探月工程二期的先導試驗星。那么,嫦娥二號衛星將在我國后續探月工程中發揮什么作用?
“嫦娥一號衛星各項任務的順利完成標志著我國探月工程一期任務已經圓滿結束,嫦娥二號衛星主要是為探月工程二期進行前期工程驗證和探測,是探月工程二期的‘探路者’。”在西昌衛星發射中心衛星測試廠房,嫦娥二號衛星總指揮張廷新指著衛星介紹說。
相比于嫦娥一號任務,嫦娥二號任務技術更新、難度更大、系統更復雜,相應的風險也更大。
有關專家表示,嫦娥二號任務就像是一期工程向二期工程的一個跳板,增加了很多新技術,對探月工程起到承上啟下的關鍵作用,并對整個探月工程甚至航天事業的發展都具有十分重要的意義。
歸納起來,嫦娥二號任務主要實現了六大方面的關鍵技術創新和突破:一是突破運載火箭直接將衛星運送至地月轉移軌道的發射技術,將衛星直接送入近地點200公里、遠地點38萬公里的奔月軌道;二是試驗X頻段深空探測技術,初步驗證深空探測體制;三是驗證100公里月球軌道捕獲技術,“嫦娥二號”將在距月面100公里處進行制動捕獲,衛星的飛行速度更快、軌道更低、制動量更大,同時月表物質分布造成的不均勻重力場對衛星軌道的攝動影響也將相應增大;四是驗證近月點15公里、遠月點100公里軌道機動與快速測定軌技術;五是試驗全新的著陸相機;六是對后續工程預選著陸區進行高分辨率成像試驗。
張廷新介紹,與嫦娥一號衛星相比,嫦娥二號衛星在許多關鍵技術方面都有原始創新。他如數家珍,隨口舉出了三個實例。
第一,嫦娥二號衛星GNC產品在主要繼承嫦娥一號衛星的基礎上,通過軟、硬件的修改,實現了三大技術創新。一是通過紫外敏感器的軟、硬件修改,實現了近月與環月的輔助導航。二是通過GNC軟件升級,實現了更加靈活的軌道控制,可以實現非測控區的軌道控制,并可在變軌后當圈進入對月定向。三是實現了載荷與敏感器互用,紫外敏感器增加了拍圖與傳圖功能,能夠拍攝月球的130米分辨率的紫外圖像,并能覆蓋月面80%以上的區域。
第二,衛星技術人員重新設計了熱控系統,對衛星艙內的熱交換系統進行了重新設計和布局,衛星受到照射的部分和沒有受到照射的部分之間能夠迅速實現熱交換,從而使其不至于高者過高、低者過低,而是維持一種平衡的狀態。
第三,嫦娥二號衛星安裝了三臺監視相機與一臺降落相機。三臺監視相機即490牛頓發動機監視相機、定向天線監視相機及太陽翼監視相機。降落相機將用于獲取月球表面圖像,相機具備清晰拍攝與快速拍攝兩種工作模式,可根據需要選擇不同的工作模式,由于月面目標均為灰色,此相機為黑白相機。為了滿足任務要求,同時盡量使相機做到重量輕、體積小、功耗低,降低衛星發射及在軌運行成本,四臺小相機集成了多種先進技術。在總體方案設計上,采用了CMOS圖像傳感器,它是整個相機的核心元器件,具備集成度高、功耗低等諸多優點,有利于系統集成。為驗證陽光直接照射進視場內對CMOS圖像傳感器有無影響,在地面進行了激光照射試驗,還對其進行了各種抗輻照試驗,確保CMOS圖像傳感器滿足在軌使用要求。
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