384400公里，现代科学用数字准确地描述了地球与月亮之间的距离。虽然月球是离地球最近的天体，但要跨越这38万余公里的距离，实现嫦娥一号卫星飞往月球的精确入轨并非易事，需要依赖一条设计科学的奔月之路。

精心设计的奔月路

自开展探月活动以来，有4种发射绕月探测卫星的方式。第一，运载火箭将月球探测卫星送入地球低轨的圆形停泊轨道，然后再由固体火箭进一步加速推进，使其进入地月转移轨道，并最终到达月球。第二，运载火箭将月球探测卫星送入环地球的大椭圆轨道，然后探测卫星在椭圆轨道的近地点处，加速进入地月转移轨道，并最终到达月球。第三，运载火箭将月球探测卫星送到地月引力平衡点处，探测卫星加速进入月球轨道，最终到达月球。第四，运载火箭直接将月球探测卫星送入地月转移轨道并到达月球。

经过精确分析和计算，为了用最小的代价实现奔月，嫦娥一号卫星最终选择了第二条线路。“嫦娥一号卫星奔月线路经过了反复筛选，充分体现了中国航天的特色，既利用了长征三号甲火箭和东方红三号卫星平台的优势，又具有很强的安全性。”五院卫星轨道专家杨维廉介绍说。

长征三号甲运载火箭将嫦娥一号卫星首先送入近地点200公里、远地点51000公里、周期为16小时的环地球大椭圆轨道。卫星在这条轨道上运行两圈，并在第二个远地点作一次小的变轨，将近地点抬高到600公里。接着，在此轨道上运行三圈后，到达近地点时进行第一次大的变轨，将轨道周期调整为24小时。在这条轨道上运行一圈后，再次到达近地点时，卫星进行第二次大的变轨，将轨道周期增加到48小时。卫星在这三条大椭圆轨道上要实现 3次变轨。这一段轨道被称为调相轨道。

绕月探测工程总指挥栾恩杰介绍说，采用这样的调相轨道，最大的好处是可以有多次机会调整轨道，消除由于发射和其他因素造成的误差。每次变轨时，可以在固定的位置对变轨过程进行监控。

卫星在调相轨道运行结束，最后一次经过近地点时，再做一次大的变轨，之后便进入地月转移轨道。至此，在飞往月球的过程中，为了获得足够大的运行轨道，卫星共进行了 4次重要的变轨“加速”，并最终以近11公里 /秒的速度奔向月球。

“地月转移轨道是实现月球探测时最重要的轨道段，也是卫星飞行中最容易出问题的轨道部分。卫星在这个轨道段的飞行需要同时考虑地球、月球以及太阳的引力作用。”杨维廉说，这一轨道段的设计非常复杂，在卫星的实际运行中，还要经过两三次，甚至更多次轨道修正，才能顺利奔向月球。

随后，嫦娥一号卫星将沿着这条设计精妙的地月转移轨道飞向月球，并在飞行114小时后到达近月点。

“劈波斩浪”的“太空桨”

嫦娥一号卫星在实施3次变轨后，由调相轨道段进入到地月转移轨道段，踏上了38万余公里的漫漫征程。她的奔月动力从何而来？她的“太空桨”是什么？据有关专家介绍，嫦娥一号卫星的“太空桨”是由1台推力为490牛顿的变轨发动机和12台推力为10牛顿的姿控发动机组成的。

490牛顿发动机，是我国自行研制的第一台空间发动机，全称双组元液体推进剂变轨发动机，主要是在星箭分离后为卫星变轨提供动力。自1994年以来，该发动机已经完成了东方红三号平台系列卫星、尼日利亚卫星等13颗地球同步轨道卫星的变轨飞行任务。未来的一段时间，嫦娥一号卫星还要经过地月转移轨道段和环月轨道段。490牛顿发动机工作表现的好坏，将直接影响卫星使命的完成。

实际上，这个发动机的个头并不大，重量也才4.3公斤。然而，就是这样的一个像小“喇叭口”的发动机，在卫星的整个飞行过程中，要有10次左右的点火，耗费80%左右的推进剂，可谓责任重大。嫦娥一号卫星变轨飞行、中途轨道修正和进入绕月飞行轨道正是主要依靠这台490牛顿发动机。科研人员对它进行了充分的试验验证，并将其可工作的温度向低、高两端各外扩20度，以使它更能适应极端环境下的工作要求。

不仅如此，科研人员还对该发动机两次点火的最短时间间隔、再次启动后的工作能力等进行了充分的试验验证。结果表明，该发动机在启动84次、累计工作时间达到2.87万秒后，仍然能够正常工作，完全可以胜任奔月飞行任务。有人开玩笑地说，如果能源充足，可让“嫦娥”奔月4次。

在地月转移轨道，490牛顿发动机要根据轨道的具体参数，对卫星进行2～3次的中途修正。当卫星到达距月球约200公里时，减速制动尤为关键。此时，卫星要靠490牛顿发动机完成第一次近月制动，降低飞行速度，从而被月球引力捕获，进入环月轨道。如果这次点火不成功，嫦娥一号卫星可能会与月球擦肩而过。

当卫星进入环绕月球南北极运动的月球极轨道后，再经由490牛顿发动机两次近月点制动，实现在最终高度为200公里的月球极月圆轨道运行的目标。最后，通过轨道修正和仪器设备在轨测试，卫星进入正常工作状态。至此，490牛顿发动机将停止工作。

另外的12台推力为10牛顿的发动机，主要作用是控制卫星的姿态，同样不容小觑。它们还可以作为490牛顿发动机的备份。

穿越时空的“信使”

嫦娥一号卫星与地球渐行渐远，离月球却一步步靠近，那么是谁在承担卫星与地球联系的“信使”？那就是星地射频信道。它建立了地月之间的无线通道，担任起地月之间联系的“信使”与桥梁，完成对卫星的测控和数据传输任务。

实际上，卫星测控数传分系统有这样两个射频信道，一是利用全向天线的测控信道，低速传递上行数据与下行数据；另一个是利用定向天线的数传信道，高速下传大量数据。“信使”是怎样在地球和月球之间与嫦娥一号卫星进行沟通的呢？卫星上的测控数传分系统与地面测控站是“信使”来往的两个“码头”，承担着数据发送和接收的重要任务。当人们向卫星发射遥控信号，卫星接收到后，就实现了对卫星的控制；而语音数据、科学数据，则通过射频信道，发送到地面应用站，由地面接收，进行发布。

过去，在我国发射的卫星中，飞得最远的是双星探测计划中的两颗极轨卫星，最远飞行距离离地球7万公里左右，而双星测控系统的测控能力设计在4万公里量级上。嫦娥一号卫星飞离地球38万余公里，原有的地面测控系统的支持能力远远达不到测控的需要，这成为搭建这座桥梁的主要困难之一。

通信的难度与通信的距离密切相关，解决困难最直接、简单的方法就是对地面测控站进行改造。在国外，进行月球探测，包括深空探测，都是在地面建“大锅”——30米直径天线的大型测控站，有的天线直径甚至达到70米。而2004年探月工程立项时，我国最大的天线直径也只有十几米。

为了实现40万公里条件下的可靠测控和通信，在原有卫星、地面测控系统的基础上，有关单位做了较大的适应性修改。从方案的构成上来说，嫦娥一号卫星测控分系统远比以前其他卫星复杂，在设计上采用了一系列新思路。

研制嫦娥一号卫星的天线是最主要的一道难关。承担任务的五院有关单位经过一年多的反复攻关，研制出测控全向天线，为远距离通信难题的最终解决打下良好基础。测控数传分系统的工作状态受到卫星供配电的影响。当下行信道长时间满负荷运行时，产生的大量热量对卫星的热控系统又是一个巨大的考验。于是，下行信道设计得很特别，工作状态分了两档：当卫星飞至离地球较近的轨道时，只在功率较低的那档工作，这样既节省了能源，又避免了过度发热；而当远离地球时，才开足马力，满负荷运转。测控数传分系统方案的设计则巧妙地利用了半空间备份，原理巧妙，设备复杂，设计可靠。

同时，地面测控系统也新建了两个18米的大天线，这两个“锅”分别设在了青岛和喀什，以增强地面测控的能力。

由于卫星离地面太远，地面测控系统原有的USB测控网还达不到定轨精度要求，因此，在卫星上还增加了VLBI（甚长基线干涉）辅助测轨设备。这是天文学上的一种观测手段，通过测量卫星与地面两站之间的夹角，从而精确测量卫星的位置。我国还是第一次在卫星上使用该设备。类似的设备，日本的“月亮女神”卫星也曾采用过。VLBI观测由上海天文台总负责，在北京、上海、乌鲁木齐、昆明等地都设立了测量站。

这样，卫星和测控系统联手，在地球与卫星之间，搭起了一座沟通的桥梁，使卫星在发射后一直能在地面的操控下，顺利地奔向月球。（黄琦 索阿娣 陈全育）