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上一版3  4下一版 2013年2月22日 星期 放大 缩小 默认
深空“约会”刷新“中国高度”
本报记者 刘松柏

镜头定格在这一瞬间。

2012年12月13日16时30分09秒,在距地球约700万公里远的深空,嫦娥二号与“战神”小行星进行了一次美妙的“约会”。交会时,星载监视相机拍下了“战神”美丽的倩影,给人类留下了极其珍贵的历史记录。

也就是在这一刻,在国际小行星探测坐标上,镌刻下了中华人民共和国的名字。从这时起,我国首次拥有了飞入行星际的探测器,成为继美国、欧空局和日本之后第4个探测小行星的国家。

短短两年间,从距地球38万公里外的月球,到150万公里远的日地拉格朗日L2点,再到700万公里外的小行星……嫦娥二号卫星不断创造并刷新“中国高度”,谱写了一部动听的协作进行曲。

2012年3月,当时已环绕L2点飞行200余天的嫦娥二号,在全面完成拓展任务工程目标和科学探测任务后,又一次迎来了新的使命。国防科工局与工程总体组织各系统,依据交会时间、交会时星地距离、测控系统能力等等约束条件,在反复论证的基础上,确定了嫦娥二号的下一个目的地——远赴700万公里远的深空,与“战神”小行星交会。

“小行星基本每四年接近地球一次,甚至是‘一旦错过就不再’。谁也不想因为自己拖了后腿,使嫦娥二号错过了交会探测的时机。”接受采访的有关专家均表达了这样的想法。

“茫茫深空,长、宽约4.6公里,这么一颗‘芝麻大小’的小行星,在哪里?运动速度如何?运行轨迹怎样?对我们来说,都是极大的挑战。”中国科学院国家天文台月球与深空探测科学应用中心主任、嫦娥二号工程地面应用系统总设计师李春来说。这需要“轨道测得准、卫星控得住、图像拍得好”,协同作战的序幕就此拉开。

测控能力能否跟得上?

嫦娥二号卫星测控系统副总设计师、北京跟踪与通信技术研究所副所长董光亮告诉记者,向深空的每一步迈进,信号衰减越厉害,测控难度越大。“当时的18米天线能支持的最大测控高度也只有300万公里,提高测控能力,是首先要解决的问题。”任务就是军令,测控系统联合相关单位开展了一场与时间赛跑的协力冲刺。

北京跟踪与通信技术研究所责任专家李国民,曾担任嫦娥二号卫星测控系统副总设计师,对此感触很多。他介绍说,大功率速调管是大功率发射天线的核心器件,是欧美严禁对华出口的高技术产品。早在嫦娥工程二期立项前,北京跟踪与通信技术研究所便与中国电子科技集团、中科院开展了联合攻关。“预研时,输出功率不够,带宽也出不来。后来,样品出来了,前前后后还经历了3次改进。”李国民说,“2009年至2011上半年,装机试验时又坏过两次。”

研发人员担心产品出不来,压力很大。66岁的李本立是中国电子科技集团27所的老专家,退休后返聘参加大功率速调管发射机的技术攻关,由于长期高强度的工作而积劳成疾,永远地倒在工作岗位上。

一边是紧锣密鼓的技术攻关,一边是马不停蹄的深空测控站建设。北京跟踪与通信技术研究所设备总体室统一测控系统与连续波雷达总体组组长刘敏说,“佳木斯深空测控站原计划是为嫦娥三号任务建设的,现在需要为嫦娥二号交会探测提供测控保障,工期必须提前,在冬季施工不可避免。”她告诉记者,在佳木斯,正常情况下一年中只有半年施工期,零下30多摄氏度的气温,连土都凿不动。恶劣的环境让外围施工的工人叫苦不迭,干不了几天,连工钱都不要就跑了。无奈之下,工程组只好请来总装备部某安装总队。土地冻住了,就搭棚保温、往地下打孔烧火加热;混凝土搅不动,就用大锅把沙土炒热,用开水搅拌……施工人员想出了种种创新手段,硬是在坚硬的冻土上挖出了三层楼房大小的地基。回忆起这段艰辛,刘敏仿佛又回到了当时的建设现场,她动情地说,“穿着棉袄吊下去,十几分钟又吊上来,如果不是小伙子,根本承受不住。”

“工程系统有一个特性,就是某个系统出现问题,整个系统都会瘫痪。”中国空间技术研究院嫦娥二号卫星系统副总设计师饶炜说。测控能力跟上去了,小行星轨道如不能精准预测,交会探测也无从谈起。

饶炜告诉记者,“任务提出后,给我们带来的挑战是前所未有的。”一方面,国内过去有一些天文观测数据,但是这些观测数据没有针对具体要求,精度不够;另一方面国际上有一些公开的数据,但是有时间上的限制。“关键是小行星的轨道一直在变,这给轨道预测带来了很大的不确定性。”让饶炜印象最深的是,国内观测的轨道与国外的对不上。“国外的轨道参数对我们来说是‘黑匣子’,你不知道它是如何算出来的。国内没有实战经验,只是建立了框架体系,要求证好多参数,这就需要天文台去做。”

哪里有需要,哪里就有协作、配合。李春来告诉记者,在工程总体领导下,地面应用系统及相关单位,联合了国内的兴隆、盱眙、丽江三大观测站,又邀请夏威夷大学和智利两家国际观测点,从2012年5月起,6台光学天文望远镜一齐“瞄向”太空,监视“战神”的一举一动。“我们总共收集了300多组有效光学数据,最终成功定位小行星轨道。”

以每秒10.73公里的相对速度、以3.2公里的相对最近距离,实现了与“战神”的交会探测,突出体现了嫦娥二号各系统良好的协同配合。事实上,“整个嫦娥工程就是一个系统协同的工程。”中国探月工程总设计师吴伟仁说。

据介绍,嫦娥二号工程由卫星、火箭、发射场、测控、地面应用五大系统组成,这五大系统下又有数十个分系统及成千上万个设备和零部件,涉及航空、航天、电子、机械、冶金、化工等领域中尖端的部分,以及天体物理、化学、天文等基础学科。

仅就测控系统而言,就包括了北京航天飞行控制中心、西安卫星测控中心、中国卫星海上测控部、国家天文台、上海天文台等十余家单位十几个站点;而嫦娥二号的卫星生产研制,更是汇聚了全国上百家科研院所和生产企业的技术和产品。

“各子系统、分系统以及工程大系统能否很好协作,决定了任务的成败。”吴伟仁说。当火箭腾空而起,从太平洋上的测量船到上海、喀什、佳木斯的天文观测站,从西昌卫星发射中心到北京航天飞行控制中心,成百上千的设备同时运转,成千上万的科研人员各司其职,五大系统参与单位如同一台高效运转的大机器,配合得天衣无缝。

他们以高度的使命感和责任感,相互协同、密切配合,创造了我国深空探测史上的多个第一:首次突破并掌握了1000万公里远的轨道设计与控制技术;首次综合利用光学天文望远镜精确定轨,形成了具有中国特色的“战神”小行星轨道;正式建成了我国的深空测控网。

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