2007年10月24日 星期三

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嫦娥奔月 西安助推(图)
www.xawb.com 2007-10-24
 

  □记者李华

  明月几时有?把酒问青天……我欲乘风归去,又恐琼楼玉宇,高处不胜寒!如今,明月就在眼前!

  中国第一颗探月卫星“嫦娥一号”,计划于今天下午6时许启程,穿越38万公里的茫茫天宇,奔向月球,用中国人自己的眼睛,去“看”这颗既充满了诗情画意,却又荒凉无比的地球守护者。

  探月工程被称作中国航天事业继第一颗人造地球卫星、第一次载人航天之后的第三座里程碑。在前两座里程碑上铭刻上名字的西安航天人,又将在第三座里程碑上续写辉煌。

  记者在采访中获悉,西安的多家科研院所参与了探月工程,有的研究所甚至直接完成了“嫦娥一号”卫星有效载荷的研制生产任务,此外还在卫星发射、测控中承担重要任务。西安航天人把自己的智慧和勇气,凝聚在每一个产品和技术操作中,与“嫦娥一号”卫星一道,乘风直奔月球。

  西安光机所

  为月球画像

  “嫦娥一号”卫星最重要的科学目标之一,就是获取月球表面三维立体影像,这将是中国人自己的第一张月球“画像”。在“嫦娥一号”卫星研制中,中科院西安光学精密机械研究所承担“CCD立体相机”和“干涉成像光谱仪”两项主要设备的研制,参与首次探月两大科学任务,即:完成为月球“画像”,也就是获取月球表面影像和三维立体图像,并以此为基础构造全月的地形地貌图。

  西安光机所是一个以高技术创新与应用基础研究为主的综合性科研基地型研究所,重点学科领域为瞬态光学、空间光学、光电工程、光电子学、光子技术、信息光子学、水下光学等,曾为国家的“两弹一星”做出了重要贡献。中国科学院西安光学精密机械研究所先后承担了我国“载人航天任务”、“绕月探测任务”等重大工程项目及国家攀登计划、863计划、973计划、国家自然科学基金等重大科研任务,其中就包括探月工程———“嫦娥一号”卫星载荷重大科研任务。

  从2001年起,西安光机所配合国家科学家小组开展了月球探测的部分前瞻性工作,包括对月球环境、月表亮度及色度特性等方面的研究,并根据国家探月工程要求酝酿光学仪器探测方案。在国家任务下达后,光机所于2004年初开展光学成像探测系统初样的设计与研制,正样产品在2006年2月交付有关部门。

  西安光机所研制的光学成像探测系统,由CCD主体相机和干涉成像光谱仪两台仪器组成,是“嫦娥一号”卫星的主载荷之一,都属于新研制的国家重大航天项目产品,是一项综合的航天高技术项目。在“嫦娥一号”卫星进入预定轨道后,CCD光学相机和干涉成像光谱仪将开始工作,正式展开对月球的科学探测,将提供全月面清晰的三维立体影像。此外,西安光机所还将参与分析月球表面有用元素及物质类型的含量和分布的探测任务。

  据专家介绍,把大量的三维立体影像拼接处理后,就可以一览全月的地形地貌。科学家还将据此划分月球表面的基本构造和地貌单位。与美、俄等国早期探月首先获得平面图像不同的是,我国虽然是首次探月,但第一步就将得到全月的三维立体图像,使我国探月工程站在了一个很高的起点上。

  西安微电子研究所为嫦娥奔月保驾护航

  “嫦娥一号”卫星奔月,将使用长征三号甲运载火箭作为奔月的“天梯”。西安微电子研究所,即时代电子公司771研究所,不仅为长征三号甲运载火箭研制了高可靠的箭载计算机,更为“嫦娥一号”卫星承制了中央处理单元(简称CTU),完成卫星数据的管理及部分控制任务。

  长三甲是我国今后对外航天器以及探月计划等发射任务的主力火箭。作为火箭的关键部位———箭载计算机,相当于火箭的大脑,产品质量的好坏直接关系到“嫦娥一号”能否顺利踏上奔月之旅。771所利用已有的技术储备和研发力量,研制出了高可靠的“三冗余”箭载计算机,即可实现多项备份的计算机。作为我国运载系列的第一个“三冗余”箭载计算机,771所科研人员在硬件设计中使用冗余设计技术,尽可能消除单点故障,其可靠性指标比原有箭载计算机有数量级的提高。此前,771所的“三冗余”箭载计算机已参加了长三甲火箭的7次发射,从未出现任何质量问题。

  771所是全国唯一的集计算机与集成电路科研生产为一体并相互配套的专业研究所。在此次“嫦娥一号”奔月中,771所承担了中央处理单元的研制任务。中央处理单元是“嫦娥一号”月球探测卫星数据管理分系统的核心,主要完成卫星平台数据管理以及部分控制任务。科研人员在设计中首次提出了计算机的“无盲区设计”,增强了中央处理单元在空间辐射环境下的故障监测和自主恢复能力,更好地保证深空探测卫星测控任务的顺利完成。

  航天六院为奔月提供动力之源

  “嫦娥一号”要抵达月球,第一条就是要有奔月的动力。中国航天的金牌动力,就是位于西安的航天推进技术研究院(航天六院)提供的。

  用于发射“嫦娥一号”卫星的长征三号甲运载火箭,也是完成中国长征系列火箭第100次成功发射的型号。航天发动机是火箭的心脏,也是实现“嫦娥一号”奔月的动力之源。中国航天科技集团公司航天推进技术研究院(航天六院),创建于1965年,是我国液体火箭发动机研制中心,被誉为“中国航天动力之乡”。航天六院为我国大型液体火箭配套液体火箭发动机50余种,研制的发动机获得国家优质产品金奖、银奖。

  在此次“嫦娥一号”任务中,航天推进技术研究院为火箭提供了高品质的“常规液体火箭发动机”。据了解,从1965年创建以来,航天推进技术研究院研制生产了几千台液体火箭发动机,参加了我国几乎全部的火箭发射,成功率一直保持在百分之百,在世界航天界绝无仅有。

  中航集团504所让“嫦娥一号”传回佳音

  当“嫦娥一号”奔向38万公里外的宇宙空间,地面的人们要想知道她“过”得怎么样,看到的她“拍摄”的月球画面,还要听到她“播放”的乐曲,就需要一种仪器,将“嫦娥”的姿态和采集到的数据传回地面。西安空间无线电技术研究所,即中国航天科技集团公司五院504研究所承担了这项任务。

  中国航天科技集团公司五院504研究所主要从事空间飞行器有效载荷及电子系统与设备、飞行器测控和卫星应用电子系统与设备的研制、生产及相应电子学的研究,在卫星通信、遥感及测控技术,在微波、天线及高速数传技术等方面处于国内领先地位。504所承担的“嫦娥一号”卫星任务,就是要研制卫星全向测控天线,让地面的科研人员时刻能知道“嫦娥”的身体及周围环境的各种变化。

  2004年初,504研究所开始研制“嫦娥一号”卫星全向测控天线项目,由数传子系统及测控天线设备组成。其中,数传子系统主要负责科学数据、语音信号、选定乐曲从星上传回地面,并对卫星进行测距;测控天线则负责着测控信号的收发,发送遥控指令、下达遥测信号,这两项任务被认为是“嫦娥一号”卫星的关键项目,也是确保“嫦娥一号”能传回佳音的主要设备。504研究所的数十名科研工作者,历时3年完成了测控全向天线的研制任务。

  西安卫星测控中心测控能力延伸到月球

  西安卫星测控中心是中国航天测控的主力军,将在“嫦娥一号”卫星的奔月之旅中发挥重要作用。许多读者担心,中国的卫星还从未到过38万公里的太空,“嫦娥一号”卫星能否被地面顺利测控?记者从有关方面获悉,此前西安卫星测控中心已实现了7万公里高轨道卫星的测控,随着科研水平的提高,西安航天测控系统的轨道确定能力已经突破地球空间轨道延伸到月球。

  2003年12月30日,我国在西昌卫星发射中心将我国与欧洲空间局合作的双星计划中的“探测一号”赤道卫星送上太空。西安卫星测控中心首次实现了对高度7万余公里高轨道卫星的测控。据西安卫星测控中心监测,当火箭飞行12分钟后,“探测一号”卫星进入了大椭圆形工作轨道,这也是我国当时发射的最高轨道的卫星,也是西安卫星测控中心当时测控轨道高度最高的卫星,使我国航天测控综合实力实现了历史性的突破。

  2006年底,由西安卫星测控中心研发的《奔月航天器精密轨道计算技术》和《探月轨道USB-VLBI综合测定轨技术与试验论证》,通过了中国航天权威专家团项目评审,这两项研究成果所建立的环月轨道定轨方法和软件系统,具备深空绕月精密轨道确定与控制能力,定轨精度达到国际同类水平。这标志着中国航天测控系统的轨道确定能力首次突破地球空间轨道,延伸到月球。

  卫星轨道的确定和控制能力是航天测控的核心技术,也是评判一个国家航天测控技术水平的重要依据。近年来,随着航天技术迅猛发展,各国发射卫星的数量与型号急剧增加,卫星运行状态开始从单星、星座向卫星群发展,卫星运行轨道也从近地、同步等地球轨道开始向绕月、外星探测等深空轨道发展。这种发展趋势对轨道确定和控制精度的需求越来越高,西安卫星测控中心在轨道确定与控制方面实现多项技术突破,其中同步轨道段姿态指向和方位控制精度达0.01度,这一关键技术指标与目前国际公认姿控精度最高水平持平。专家指出,这一关键技术提高了我国深空探测技术的基础能力,并将对空间环境探测与预报工作的开展产生重要影响。

  西安卫星测控中心负责人介绍说,自上个世纪六十年代创建以来,该中心瞄准国际前沿,不断提升轨道确定与控制能力。在轨道确定方面,通过自主创新,使中国卫星定轨精度达到米量级。近年来先后突破《并行高精度轨道计算系统》《多星运行管理与精密轨道确定》等关键技术,新的定轨方法采用国际先进测量网数据对卫星实施定轨,精度突破厘米量级,并使地面测控系统具备对多颗卫星同时实施精密轨道确定的能力。此外,西安卫星测控中心还开展一系列预研活动,使中国在星座轨道控制、空间交汇对接技术和深空探测轨道控制技术等方面均取得了重大突破。

  嫦娥一号与地面的联系

  地、月相距38万千米,电波往返一次也要2秒多,要保证地面对卫星“看得见”、“测得准”、“控得住”,就要有高精度的航天测控网,我国的航天测控网由多个地面测控台、站和游弋于大洋上的远望测量船组成。由于“嫦娥一号”飞行的距离远远超过我国以往发射卫星到达的距离,为了保证精确地测量到卫星的位置,在我国航天测控网的基础上,将首次采用天文测量系统中的甚长基线干涉仪测量系统对卫星的空间位置进行辅助测量,以保证测控精度。应用于“嫦娥一号”的测控技术,将使我国的航天测控能力迈上新的高度。