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嫦娥四号中继星轨道“选址”知多少

时间:2018年05月21日 信息来源:365bet体育官方微信 点击: 字体:

作为嫦娥四号任务的重要组成和关键环节,中继星的轨道选址在地月系拉格朗日L2点。作为地月系内的五个平动点之一,L2点位于地月连线的延长线上,随着月球以相同角速度绕地运行。因该点独特的空间位置和动力学特性,环绕在其附近的航天器可以始终飞行在月背面上空。此前,仅有美国的Artemis任务和中国的探月三期飞行试验器以拓展试验的名义短暂造访过这片神奇的空域。

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来自365bet体育的深空探测轨道设计团队承担了这所太空驿站的轨道设计工作。

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说起平动点,就不能不提及嫦娥二号。2011年,嫦娥二号探测器完成探月任务后飞往日地系L2点开展拓展试验,是我国首次日地平动点任务,其任务轨道正是由深空轨道团队的大师姐——周文艳研究员设计的。

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2011年完成日地平动点任务轨道设计后,2014年探月三期飞行试验器又迎来拓展任务,任务目标之一就是地月系L2点。当时已然参加嫦娥四号论证工作的周文艳敏锐地意识到这是一个绝佳的机会,可以对中继星的轨道方案进行在轨验证。她提前策划,在深空轨道设计团队的协作下,基于嫦娥四号前期论证工作基础,提出了通过服务舱验证基于月球引力辅助的地月L2点转移轨道方案。这一方案巧妙地借助月球引力降低进入流形的速度需求,其速度增量远低于直接转移,飞行时间又远短于低能转移,极为适合工程实施。同年11月飞行试验器服务舱成功进行了在轨验证,这是国际上首次通过月球借力到达地月L2点的转移飞行,有效证明了这一转移轨道设计方法的正确性。

2015年底,嫦娥四号任务正式立项,在已有的月球借力转移方案基础上,针对中继星特有的任务需求,周文艳又开展了轨道关键参数的特性研究,通过大量计算分析和优化设计,为中继星选定了速度增量最优的转移轨道方案。

中继使命,稳定运行

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在地月平动点开展中继任务对于全人类的航天工程来说都实属第一次,平动点轨道类型多样,且个个形态独特,与传统的绕地/月轨道形状迥异,如何为中继星挑选一条适合中继任务的使命轨道是个讲究活儿。

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时值2016年,中继星进入方案研制阶段,设计师高珊就是在这个时候参与进了中继星的轨道设计工作,在周文艳的带领和引导下,她很快进入了状态。考虑到避免月球的遮挡,类型选择了halo轨道。但轨道尺寸是个问题,不能太大,不然月面的着陆器看不着;也不能太小,否则还是会出现月掩,挡住与地球的通信。她们与卫星总体设计人员反复迭代、讨论,梳理出各分系统对轨道的约束和需求,综合比较各种参数的优缺点,最终确定了halo轨道作为中继使命轨道。

同时,为了解决轨道稳定性问题,周文艳趁着她赴加拿大访学的有利机会,查阅了大量文献;高珊则在地球这边负责误差精度指标的分析和协调工作。太平洋也不能阻碍两位设计师之间的交流,隔着12小时的时差,一个技术问题经常要讨论上好几天。经过反复计算比较,并与国外文献数据对比确认,设计师们最终为中继星选择了拟halo的轨道维持策略。

十年磨一剑,一朝试锋芒,平动点轨道设计技术从无到有,逐渐积微成著。如今凝结着设计人员心血和智慧的嫦娥四号中继星踏上征程,地月道遥书信难,凭君传语报平安,365bet体育期待着它平安到达月之彼端,完满完成任务使命。





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