论文部分内容阅读
嫦娥二号由月球卫星,到成为我国首颗与地球同一辈的兄弟,围绕太阳飞行的人造小行星不是意外。嫦娥二号创造“中国高度”的脚步,就是持续进行技术创新跨越的脚步,是系统集成创新,原始创新和有准备的创新,铺就了嫦娥二号创造辉煌之旅。
系统集成创新
嫦娥二号卫星在利用了嫦娥一号卫星大部分设备产品的基础上,增加了很多新技术,按既定任务新要求,系统总体完成了顶层设计;按运行轨道及其相应环境,热控分系统重新设计;新增技术试验分系统包含了所有新技术验证设备(即工程载荷设备);为深化科学探测,有效载荷设备或新研或大改;上述两个分系统均需经历初样研制,在两年左右的时间内,要求完成系统设计、技术攻关、产品研制、系统集成与测试和卫星发射等全部工作,迫使跨阶段交叉、并行开展研制,还要保证状态控制、阶段匹配无差错,无疑面临巨大挑战。
嫦娥二号卫星的研制过程,始终伴随着技术突破与产品改进。通过系统集成创新,即工程主体创新,为在确保完成任务的前提下,实现我国深空探测技术新跨越奠定坚实的基础。研制队伍集中了三个首席科学家和国内部分高校的力量,集智攻关。比如,在拓展任务中,在关注硬件的同时,高度关注软件,在硬件固化的条件下,强化软件功能,提高软件的自主性,通过软硬协同,使卫星硬件和软件技术达到了最大优化与高度集成,进而取得了多项创新技术。
突破全新技术
利用嫦娥二号任务契机,着眼于在完成任务的前提下,争取一次飞行,取得多项成果,必须进行原始创新。在短研制周期约束下,多任务、多目标的实施,贯穿于卫星飞行过程的全生命周期,包括技术理念、思路、设计、攻关到实现的全过程。
实现多任务面临多约束,实现多目标带来强约束,这些约束体现在卫星的燃料、通讯、控制、时机、寿命及探测方式等方面。除系统中的组合和集成创新外,还需突破若干全新的关键技术。这些创新包括基于多体系统流形理论的低能量转移轨道设计、基于能量、距离和时间等强约束的潜在小行星目标选取策略、逼近飞越小行星设计及基于高速交会渐远点凝视成像技术等,此外,还需以比以往跨越数量级的方式,突破推进剂利用、轨道测量与控制、信道预算等方面的高精度技术,首次转化创新应用了基于地基光学望远镜的小行星观测与定轨技术。
有准备的创新
以嫦娥二号为平台,进行技术创新,为我国深空探测探路,立足现有条件基础,冲击世界深空探测技术高地,是研制队伍在卫星立项之初就确立的指导思想。
研制队伍围绕在6个月的指标规定寿命期内,如何确保卫星圆满完成既定任务控制技术创新的同时,还以“加速提升能力、推进技术发展”为指导,以验证距地球更远的行星际探测技术、积累深空探测工程经验为目标,按选择任务目标,控制风险,有序衔接、分步实施的原则,不断深化论证扩展任务阶段的试验项目与技术创新点,以最大限度地发挥卫星潜能。他们精心设计了三阶段、多目标探测任务。为实现效益和机会最大化,选择日-地L2点和近地小行星作为拓展任务的路线和方向,以进入行星际、突破新距离为基本目的。超越月球之外的飞行探测在中国是第一次,从地球出发历经月球、L2点、小行星多类目标的多任务验证和探测在国际上也属创举。
实现上述目标,面临前所未有的全新技术挑战。在不断攀登世界深空探测技术高峰这个崇高的使命感召下,研制队伍在确保实现任务指标的基础上,围绕能量、空间和时间三要素,开展技术创新能力建设,以最大限度地推进技术进步。
确保嫦娥二号卫星有充足的能量,实现超寿命可靠运行,是完成一系列科学探测和技术试验后,进一步进行扩展试验验证的基础。最大限度的确保卫星有足够多的剩余能量,利用卫星的剩余能量,突破更为广阔的宇宙空间,是研制队伍的目标。因此,研制队伍在工程之初,就不满足于实现寿命半年,完成工程确立的任务,而是立足一次发射完成多项任务,进行有准备的科学规划,其中包括如何实现零窗口发射,如何实施精准的测控,还包括创新性的进行轨道设计,使卫星直接进入月球转移轨道,这些都最大限度节省了燃料。经过测定,在卫星进入月球轨道开始探测时,仍剩余燃料520公斤。正是在各个环节上采取了多项措施,实施了多项创新,一系列的成功,保证了“嫦娥”远征之旅能量充裕,至今,卫星从原本6个月设计寿命向稳定运行四周年迈进。
在空间上,从突破38万千米的月球空间,到突破百万千米、千万、一亿千米宇宙空间,研制队伍在执行一项任务的时候,提前想到下一个目标。比如,嫦娥一号使用的数据传输天线只能支撑200万千米,最大300万千米,在有关部门正在建设嫦娥三期工程大天线的时候,嫦娥二号研制队伍就开始研究新的数据传输方略,实现了卫星飞往更为遥远的深空,保证与地球不离不弃。
卫星飞往遥远的深空干什么,7早在决定进行L2点探测之前,研制队伍就开始设计利用卫星进行小行星探测,可是随时都处于天体中客观运动,小行星在哪里?不是说来就来,必须下功夫去找。于是,研制队伍依据交会时间、交会星地距离、速度增量、小行星亮度等约束条件,在已知的60多万颗小行星中,选中了被美国航空航天局列入“潜在危险小行星名单”的近地小行星图塔蒂斯。神出鬼没的图塔蒂斯由于个头小、在几大行星引力场的作用下,要想精确计算出它的运行轨道非常困难。科研人员集智攻关,组织地面应用系统及相关单位使用国内光学天文望远镜进行小行星测轨,提高了测量精度,推演出中国自己的图塔蒂斯小行星轨道,为巧妙用L点,实现与小行星的亲密接触的交会飞行轨道设计提供了重要依据。
在时间上,先是卫星在半年时间里如何完成既定任务。由于设计充分,卫星在进行三次月球制动调整中,专门增加了一次调相轨道控制,使之在一个月内就具备执行虹湾成像任务的能力。在完成既定任务后,围绕卫星如何在接下来的两三年时间里,分阶段进行拓展试验,每一个阶段研制队伍都是提前开展设计。由于思路清新,设计充分,保证了“嫦娥”远行的每一步都扎实稳健。
嫦娥二号以其开拓性、创新性的实践,为探月工程后续任务的顺利实施奠定了基础,为未来开展行星际探测任务提供了经验和借鉴,进一步形成和积累了中国特色重大科技工程管理模式和经验,培养造就了一批年轻的高素质科技和管理人才,对开展深空探测活动、推进我国航天事业发展、提高民族凝聚力、建设创新型国家具有重大意义。
系统集成创新
嫦娥二号卫星在利用了嫦娥一号卫星大部分设备产品的基础上,增加了很多新技术,按既定任务新要求,系统总体完成了顶层设计;按运行轨道及其相应环境,热控分系统重新设计;新增技术试验分系统包含了所有新技术验证设备(即工程载荷设备);为深化科学探测,有效载荷设备或新研或大改;上述两个分系统均需经历初样研制,在两年左右的时间内,要求完成系统设计、技术攻关、产品研制、系统集成与测试和卫星发射等全部工作,迫使跨阶段交叉、并行开展研制,还要保证状态控制、阶段匹配无差错,无疑面临巨大挑战。
嫦娥二号卫星的研制过程,始终伴随着技术突破与产品改进。通过系统集成创新,即工程主体创新,为在确保完成任务的前提下,实现我国深空探测技术新跨越奠定坚实的基础。研制队伍集中了三个首席科学家和国内部分高校的力量,集智攻关。比如,在拓展任务中,在关注硬件的同时,高度关注软件,在硬件固化的条件下,强化软件功能,提高软件的自主性,通过软硬协同,使卫星硬件和软件技术达到了最大优化与高度集成,进而取得了多项创新技术。
突破全新技术
利用嫦娥二号任务契机,着眼于在完成任务的前提下,争取一次飞行,取得多项成果,必须进行原始创新。在短研制周期约束下,多任务、多目标的实施,贯穿于卫星飞行过程的全生命周期,包括技术理念、思路、设计、攻关到实现的全过程。
实现多任务面临多约束,实现多目标带来强约束,这些约束体现在卫星的燃料、通讯、控制、时机、寿命及探测方式等方面。除系统中的组合和集成创新外,还需突破若干全新的关键技术。这些创新包括基于多体系统流形理论的低能量转移轨道设计、基于能量、距离和时间等强约束的潜在小行星目标选取策略、逼近飞越小行星设计及基于高速交会渐远点凝视成像技术等,此外,还需以比以往跨越数量级的方式,突破推进剂利用、轨道测量与控制、信道预算等方面的高精度技术,首次转化创新应用了基于地基光学望远镜的小行星观测与定轨技术。
有准备的创新
以嫦娥二号为平台,进行技术创新,为我国深空探测探路,立足现有条件基础,冲击世界深空探测技术高地,是研制队伍在卫星立项之初就确立的指导思想。
研制队伍围绕在6个月的指标规定寿命期内,如何确保卫星圆满完成既定任务控制技术创新的同时,还以“加速提升能力、推进技术发展”为指导,以验证距地球更远的行星际探测技术、积累深空探测工程经验为目标,按选择任务目标,控制风险,有序衔接、分步实施的原则,不断深化论证扩展任务阶段的试验项目与技术创新点,以最大限度地发挥卫星潜能。他们精心设计了三阶段、多目标探测任务。为实现效益和机会最大化,选择日-地L2点和近地小行星作为拓展任务的路线和方向,以进入行星际、突破新距离为基本目的。超越月球之外的飞行探测在中国是第一次,从地球出发历经月球、L2点、小行星多类目标的多任务验证和探测在国际上也属创举。
实现上述目标,面临前所未有的全新技术挑战。在不断攀登世界深空探测技术高峰这个崇高的使命感召下,研制队伍在确保实现任务指标的基础上,围绕能量、空间和时间三要素,开展技术创新能力建设,以最大限度地推进技术进步。
确保嫦娥二号卫星有充足的能量,实现超寿命可靠运行,是完成一系列科学探测和技术试验后,进一步进行扩展试验验证的基础。最大限度的确保卫星有足够多的剩余能量,利用卫星的剩余能量,突破更为广阔的宇宙空间,是研制队伍的目标。因此,研制队伍在工程之初,就不满足于实现寿命半年,完成工程确立的任务,而是立足一次发射完成多项任务,进行有准备的科学规划,其中包括如何实现零窗口发射,如何实施精准的测控,还包括创新性的进行轨道设计,使卫星直接进入月球转移轨道,这些都最大限度节省了燃料。经过测定,在卫星进入月球轨道开始探测时,仍剩余燃料520公斤。正是在各个环节上采取了多项措施,实施了多项创新,一系列的成功,保证了“嫦娥”远征之旅能量充裕,至今,卫星从原本6个月设计寿命向稳定运行四周年迈进。
在空间上,从突破38万千米的月球空间,到突破百万千米、千万、一亿千米宇宙空间,研制队伍在执行一项任务的时候,提前想到下一个目标。比如,嫦娥一号使用的数据传输天线只能支撑200万千米,最大300万千米,在有关部门正在建设嫦娥三期工程大天线的时候,嫦娥二号研制队伍就开始研究新的数据传输方略,实现了卫星飞往更为遥远的深空,保证与地球不离不弃。
卫星飞往遥远的深空干什么,7早在决定进行L2点探测之前,研制队伍就开始设计利用卫星进行小行星探测,可是随时都处于天体中客观运动,小行星在哪里?不是说来就来,必须下功夫去找。于是,研制队伍依据交会时间、交会星地距离、速度增量、小行星亮度等约束条件,在已知的60多万颗小行星中,选中了被美国航空航天局列入“潜在危险小行星名单”的近地小行星图塔蒂斯。神出鬼没的图塔蒂斯由于个头小、在几大行星引力场的作用下,要想精确计算出它的运行轨道非常困难。科研人员集智攻关,组织地面应用系统及相关单位使用国内光学天文望远镜进行小行星测轨,提高了测量精度,推演出中国自己的图塔蒂斯小行星轨道,为巧妙用L点,实现与小行星的亲密接触的交会飞行轨道设计提供了重要依据。
在时间上,先是卫星在半年时间里如何完成既定任务。由于设计充分,卫星在进行三次月球制动调整中,专门增加了一次调相轨道控制,使之在一个月内就具备执行虹湾成像任务的能力。在完成既定任务后,围绕卫星如何在接下来的两三年时间里,分阶段进行拓展试验,每一个阶段研制队伍都是提前开展设计。由于思路清新,设计充分,保证了“嫦娥”远行的每一步都扎实稳健。
嫦娥二号以其开拓性、创新性的实践,为探月工程后续任务的顺利实施奠定了基础,为未来开展行星际探测任务提供了经验和借鉴,进一步形成和积累了中国特色重大科技工程管理模式和经验,培养造就了一批年轻的高素质科技和管理人才,对开展深空探测活动、推进我国航天事业发展、提高民族凝聚力、建设创新型国家具有重大意义。