——中国航天科技集团公司组织实施嫦娥二号任务纪实之二 
1000多个难忘的日日夜夜留下了中国航天又一个“一千零一夜”的故事。 2007年12月17日，在嫦娥一号卫星成功绕月并顺利工作后的一个晴暖的冬日，绕月探测工程领导小组第六次会议上传来这样一则消息：2009年或2010年将发射一颗月球探测卫星，并且要在嫦娥一号卫星技术基础上有所进步。 随后，国家国防科工局探月与航天工程中心组织各系统开始对嫦娥一号卫星的备份星重新定位，并对其承担的新任务进行初步方案设计与论证，最终将这颗“待字闺中”的备份星作为探月工程二期的先导星，先期试验、验证工程二期中的关键技术。 根据顺序命名原则，这颗备份星被正式命名为“嫦娥二号”。同时，专家们经过反复论证，确定由长征三号甲系列火箭中的“三弟”长三丙火箭承担“嫦娥二号”的发射任务。 于是，中国航天科技集团公司的科研工作者们奋战“嫦娥二号”的1000多个日子就这样开始了…… 伴随他们的，是日复一日紧张而严谨的工作，是对太空中那轮皓月的无限向往，是对“二姑娘”的精心雕琢和装扮。 组织管理严密高效 “这些有益的探索和成功的经验，为集团公司后续重大型号工程的管理提供了很好的借鉴。”每当提到探月工程，人们就会不由自主地联想到头顶上的那轮明月，中国航天科技集团公司宇航部部长赵小津也不例外。但长期的科研管理工作，使他渐渐失去了许多“浪漫”的遐想，依稀记得的是那些朗朗上口的古诗里对月亮的美妙刻画。 “想想将来中国人登上美丽的月球，就不免心生激动！”言谈之间，赵小津难抑自己的兴奋之情，“为了这个目标乃至我国更加深远的太空规划，我们必须扎实地做好每一步工作。”“做好每一步工作”，这个历来为航天人所坚守的准则，对于探月工程更是至关重要。 嫦娥一号卫星的圆满成功改变了她“姊妹”的命运，使其华丽变身，由一颗备份星转变为探月工程二期的先导星。 “应该说，由于任务的变化，嫦娥二号卫星技术更改的内容很多。”让备份星担当探月工程“落月”阶段的“探路者”，任务确定之初，赵小津心里并没有完全的把握。但专家们对技术实现的可能性和具体研制措施的严密论证，极大地增强了他的信心。 将可能性变为现实，并不是一件容易的事情。集团公司指挥管理层跟科研人员一道，开始了一场与时间的赛跑。 指挥管理层的思路，将直接决定一线科研人员的方向，稍有不慎，可能就会影响工程的进度。对这一点，长期从事管理工作的赵小津有着深刻的体会。 如何更加有效地推进嫦娥二号卫星和用于发射的长三丙火箭的研制进度？ 面对这一问题，集团公司严格执行温家宝总理“高标准、高质量、高效率”的指示，最终形成了四项重要的管理思路。 其一，严格技术状态控制。由于时间较为紧迫，卫星和火箭的技术状态既有继承又有较大的变化，因此集团公司要求成熟的产品和技术状态要严格控制，不能有任何更改；有变化的技术状态则要通过地面试验进行充分的验证。 其二，地面验证充分。对于嫦娥二号卫星来说，每一种工况、每一个环境条件，地面都要充分地作试验、验证。当地面条件受限，无法满足试验要求时，则必须做好仿真。 其三，故障预案周详。和嫦娥一号任务相比，嫦娥二号任务更具高风险性，对于每一个可能出现的风险，集团公司都要求火箭和卫星系统做好周详的故障应对策略，制订完备的预案。嫦娥二号任务的预案在“嫦娥一号”的基础上不断完善，卫星和火箭两大系统最终形成111项应急处理预案。 其四，产品过程可控。集团公司在嫦娥二号任务中，强调以数据包为核心的产品过程控制，所有产品的研制和使用过程都要有记录、可追溯，进行严格的表格化管理。 数据使产品不同阶段的状态有了对比的依据，更容易判断产品的质量和性能状态，也使整个过程有迹可循、有据可依。 “这些有益的探索和成功的经验，为集团公司后续重大型号工程的管理提供了很好的借鉴。”赵小津总结道。 在集团公司严密高效的组织管理下，火箭和嫦娥两支队伍开始了艰苦卓绝的研制和发射试验工作，只为让嫦娥“二姑娘”在天际划出一道漂亮的弧线。 为“嫦娥”搭奔月天梯 “这个第一来之不易，是长征火箭的又一次技术突破。”长三甲系列火箭总指挥岑拯认为，长征火箭地月转移轨道发射技术的实现是我国航天加速发展的又一重要体现。 从地球到月球，遥遥38万公里。对于探月活动而言，如何以更快捷的方式打通地月通道，一直是科学家们孜孜以求的一个重要课题。 用于发射嫦娥二号卫星的长三丙火箭，第一次实现了长征火箭的地月转移轨道发射技术，为我国探月工程后续任务架设了直达式的“奔月天梯”。 “这个第一来之不易，是长征火箭的又一次技术突破。”长三甲系列火箭总指挥岑拯认为，“长征火箭地月转移轨道发射技术的实现是我国航天加速发展的又一重要体现。”地月转移轨道的轨道设计受到多方面因素的制约，其中主要的影响因素包括火箭一级落区、测控覆盖范围和地、月、日三者之间的运动规律等。 在西昌卫星发射中心起飞的火箭一、二级分离后，一级火箭的壳体和发动机要按规定落在云贵地区的特定区域内。而这个区域，已经形成了发射时人员撤离的惯例，地面人员的安全容易得到保障。所以设计轨道时，必须把一级火箭的落区严格限定在特定区域内。这使火箭一级飞行选轨时没有任何“自由发挥”的余地。 另外火箭的飞行轨道还受到我国发射测控网的限制。 现阶段我国的测控网主要包括三个部分，一部分是我国陆上建设的测控站，另一部分是通过合作可以使用的外国陆上测控站，还有一部分就是我国目前在役使用的几艘海上测控船。这三部分设施共同构成了我国火箭发射时可利用的测控网。 火箭发射时，测控系统要对火箭进行实时测控。因此，其飞行轨道必须处于测控网覆盖的范围内，不能做任何“出格”的动作，这对一种新轨道的选择形成了另一苛刻的限制。 第三个影响因素来自地、月、日三者之间的运动规律。 地月转移轨道要求星箭分离时，卫星必须处在奔月轨道的入口处，否则只有通过卫星机动的方式进行轨道调整，违背了节省卫星燃料的基本要求。所以，对于火箭来说，必须把卫星准确送入轨道的入口处。 “从原理上讲，火箭发射的不同轨道只是火箭最终达到点和最终速度的不同。但是事实上每一条轨道的设计都很复杂。”一院一部长三甲系列火箭主任设计师李聃认真向记者解释。 李聃介绍说，把卫星准确送入轨道的入口处，就意味着星箭分离时卫星具有符合要求的初速度，同时太阳翼必须处于太阳直射光线下，以便卫星有足够的能源。 “发射的时间不同，轨道的入口也不同，同时太阳光对卫星太阳帆板的照射角度也会发生变化。”李聃说，“所以，轨道设计必须严密考虑地、月、日三者之间的相互关系和运动规律，要达到一个综合的平衡点。”他用“固定靶”和“移动靶”的形象比喻，来概括嫦娥一号卫星和本次卫星发射时火箭飞行轨道的区别，而后者的难度增加了很多。 周天帅是一院一部的轨道主管设计师，为了设计出合理科学的地月转移轨道，他在继承一部弹道设计理论和经验的基础上，先后查阅和学习了上百篇相关文献，弹道设计的模型推导一推就是数十页，软件一编就近万行，弹道仿真计算优化设计至少也有几千条……他和同事们依靠丰富的弹道计算经验，精确地选定了运载火箭的变轨时机；又通过大量的模拟试验，对“嫦娥二号”的入轨精度和推进剂剩余量进行了稳妥可靠的分析。最终，横亘在长三丙火箭研制团队面前的一大技术难题迎刃而解。 之后，中国航天科技集团公司又邀请来自全国的专家经过多次核算，才最终确定这条“奔月天梯”。 10月1日，长三丙火箭不负众望，将嫦娥二号卫星准时、准确地送入奔月轨道，如同它的两位“兄长”一样，为长征三号甲系列运载火箭家族续写了辉煌。 同时在这本光辉的家族史册中，记录下的还有一支无私奉献、敢于拼搏的研发团队对科学一丝不苟、精益求精的精神，对新知识、新技术不断渴求、学习的欲望和能力，以及对航天事业呕心沥血的付出，知难而进、迎难而上的魄力和毅力…… 让“二姑娘”靓妆访月 “虽然面对的是繁杂的技术更改，但经过科研人员1000多个日日夜夜的刻苦攻关，嫦娥‘二姑娘’如蚕破茧，如蛹化蝶，出落得格外美丽。”嫦娥二号任务共有6项关键技术试验和验证任务，其中有5项是需要嫦娥二号卫星单独完成的。同时嫦娥二号卫星还要满足半年设计寿命的基本指标。 “对于嫦娥二号卫星来说，这些任务着实不轻。”嫦娥二号卫星总设计师黄江川把嫦娥二号卫星视为自己的“孩子”，每每谈及，不免充满了爱怜之情。 嫦娥二号卫星的十大分系统根据其任务要求，对系统总体及热控分系统进行了重新设计，8个分系统在充分继承嫦娥一号卫星状态基础上进行了局部设计修改，而技术试验和有效载荷这两个分系统则进行了全新设计，集中了新研制的全部软件、硬件产品，并完成了产品的初样研制。 “虽然面对的是繁杂的技术更改，但经过科研人员1000多个日日夜夜的刻苦攻关，嫦娥‘二姑娘’如蚕破茧，如蛹化蝶，出落得格外美丽。”言谈之间，黄江川有些动情。 如果把“嫦娥二号”比作一个需要在严酷环境中完成一系列高难度动作的杂技演员，那么能否顺利进入地月转移轨道就是摆在她面前的第一道难关。 根据地、月、日三者之间的运动规律，卫星进入地月转移轨道的窗口时间非常短，如果星箭分离时卫星没有准确进入地月转移轨道入口，那么就需要对卫星轨道进行调整，这时就只能依靠卫星自身实现。这样则会使卫星上的燃料提前消耗，如果偏差过大，将直接影响后续任务的执行。 对此，卫星系统和火箭系统的设计师们有着清醒的认识。 黄江川认为，对于月球探测和深空探测的航天器来说，其上天成本甚至几倍于同重量的黄金价值。因此，我国要想实现更大重量或者更远距离的空间探测，必须最大限度地依靠火箭的推力和精准度，以减少对卫星燃料的消耗。但同时为确保嫦娥二号任务的万无一失，卫星发射试验队制订了完备的应急处理预案，以备实现自行调轨。 为了实现对卫星的精准控制，研制人员根据嫦娥二号卫星的任务特点对关键产品作了适应性修改，大大提高了控制和推进系统控制卫星变轨能力和轨道机动能力的灵活性。 同时，研制人员对嫦娥二号卫星的导航能力进行了较大幅度的提升，对卫星上的导航敏感器作了适应性修改。 “有了更加先进的导航技术，嫦娥二号卫星在奔月以及后续的轨道调整过程中就有了辅助导航的能力。”卫星副总设计师、卫星控制和推进系统负责人王晓磊告诉记者。 对于距离地球38万公里的卫星，在地面为卫星测量、确定轨道的难度很大。所以如果星上有导航系统的话，就让卫星自身具备了一定的轨道控制能力，更容易实现精准控制。 目前，自主确定姿态已经是一项常规的卫星技术。但是，要让卫星确定自身轨道，难度就要大得多。 在研制嫦娥一号卫星的时候，科研人员作了一些尝试，嫦娥二号卫星又向前推了一大步。“目前来说，我们还没有完全做到卫星自主导航。但是，我们可以通过星上的敏感器，来实现辅助导航，从而大大提高嫦娥二号卫星测定轨的精度。”王晓磊介绍说。 卫星副总设计师饶炜在解读嫦娥二号卫星风险性时谈到，嫦娥二号卫星面临的诸多风险中，最重要的是月球捕获“刹车”和100公里×15公里轨道的调整。 对于前者而言，如果“刹车”力度不够，卫星可能飞出月球引力范围而无法再被月球捕获，后者则直接面临撞上月球高山的危险。 卫星自10月1日发射升空后，仅仅经过一次轨道维护，就顺利被月球捕获，饶炜的前一个担心已经完全消除。他对后一个风险的担心，也在嫦娥二号卫星之前的良好状态中日趋淡化。他坚信，依靠卫星控制和推进系统的前期改进和目前已有的良好表现，卫星完全能够完成所有既定任务。 （陈全育 宋丽芳 刘斐 庞丹/文 南勇/摄） |
