魏延明谈“嫦娥一号”

2007年11月05日18:07  

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嫦娥一号卫星推进分系统主任设计师魏延明做客人民网

  编者按11月5日10:30,嫦娥一号卫星推进分系统主任设计师魏延明做客人民网,以绕月探测工程“嫦娥一号”相关话题与网友进行了在线交流。   

视频
访谈全文

  [主持人]:各位网友上午好,欢迎收看人民网视频访谈,今天是“嫦娥一号”探月行动非常关键的一天,卫星会进入月球捕获轨道,将实施第一次近月行动,以便使卫星能够被月球引力捕获,成为第一颗月球卫星,下面我和我们的专家一起随时追踪今天卫星运行的情况,进行一些解读,首先给大家介绍一下做客我们人民网的嘉宾。这位就是嫦娥一号卫星推进分系统主任设计师魏延明。和我们网友先打个招呼。

  【魏延明】:各位网友上午好,非常高兴有机会和大家一起见证“嫦娥一号”第一次绕月飞行,见证这样一个历史性的时刻。

从地球轨道进入到月球轨道是一个很复杂的过程

  [主持人]:魏老师,俗话说内行看门道,外行看热闹,这件事情大家都很关注,但是前面一些准备和一些很技术性强的东西可能网友不是太了解,据新闻媒体报道,前面也进行过好几次变轨,能不能先给我们解释一下变轨对“嫦娥一号”卫星的绕月有什么样的影响?

  【魏延明】:我们“嫦娥一号”卫星从地球轨道进入到月球轨道,这个过程是一个很复杂的过程。由于我们现在采用的是一条能量最小的轨道,这样可以使我们的火箭、卫星节省燃料,因此需要多次的变轨,就是一段一段地最后达到环月的情况。因此在设计当中,安排了十次变轨,其中在地球轨道有四次变轨,中途修正原来是安排了三次中间的修正,主要是修正前面四次变轨的偏差。还安排了三次环月时候的制动,这主要是从大的椭圆轨道,变成200平米的圆轨道。这几次变轨,前面四次现在都已经完成了,中间本来是要进行三次中途修正,但是实际上只进行了一次,就是在11月2号做了一次,第一次和第三次是取消了,取消的原因是由于第四次的变轨,也就是第三次近地点变轨的时候,精度很高,因此中间不需要再去修正,因此这两次就取消了。今天要进行的是第一次的近月制动,这也是最关键的一次,这一次将使我们“嫦娥一号”从一个绕地球飞行的卫星,变成一颗绕月球飞行的卫星,总共要进行十次变轨。

  [主持人]:从您刚才介绍的数据,降低了几次变轨,可以预料运行情况比咱们之前的预计情况还要好,是吗?

  【魏延明】:应该是这样的。卫星从发射到现在已经有12天。这12天卫星的各个状态以及从遥测参数来看非常好,完全在我们的预先设计的范围之内。现在从几次变轨的情况来看,我们第一次的变轨一直到第一次中途修正,每次精度都很高。原来我们每次变轨设计精度是在1%到2%,实际上我们达到了万分之几的精度,应该说这个精度比原来高了很多,这也是显示出我们现在在卫星控制,以及卫星各个执行的部件以及我们的技术水平。

受月球的引力,轨道飞行的速度会越来越快

  [主持人]:我们现在和魏老师交流当中,各位网友可以随时登录我们的科技频道和强国论坛,把您的问题和看法贴出来,我们专家会随时解答网友的问题。现在网上的直播已经开始了,大家可以关注一些具体情况,我们来进行一些实时的互动。

  [主持人]:魏老师,刚才我们看资料,里面讲到有几个关键词,请您给网友解释一下,卫星进入月球的捕获轨道后将实施近月制动,您能不能给我们解释一下制动是什么意思?

  【魏延明】:“嫦娥一号”进入地月转移以后,实际上是以地球为中心的大的椭圆轨道,这个轨道的远地点是可以到月球轨道,由于在“奔月”过程当中过了地月之间的平衡点以后,受月球的引力,轨道飞行的速度会越来越快,这个速度已经超过了月球200公里环绕它的速度,环绕这个速度,如果说月球的逃逸速度一般是在2.33公里/秒,就是说如果你超过这个速度以后,卫星就可以飞出月球的引力范围之内了,因此现在“嫦娥一号”一号的速度肯定是如果不加控制的话,它会超过,这样卫星就会擦着月球的边过去。因此要它达到环月的目的,必须把速度降下来,降到2.1公里/秒的速度,这样就可以进入到一个环月的轨道。制动是要把我们现在的速度减下来,这样才能达到环月的目的。

  [主持人]:制动怎么来实现呢?

  【魏延明】:制动是由我们卫星上带的大推力的发动机,490牛的发动机来实施的。我可以跟大家讲一下,整个变轨的大概的几个主要的步骤。实际上我们今天应该变轨的准确时间是在11:15:07,从早上9点,卫星开始进入变轨的准备过程当中,有这么几个阶段,第一个阶段就是首先卫星要停旋,在9:45的时候注入姿态数值,在9:50分进行横性定向,到10:40分的时候,开始惯性调姿,11:05分的时候开始进行横性定向,11:11分的时候开始进行固定定向,11:15分的时候开始运行发动机,进行点火,今天预计的点火时间应该是在1288秒,大概是21分多一点。到11:36分,结束今天的变轨过程。

  [主持人]:关于变轨的时间,网友中国的骆驼:中国嫦娥的变轨晚了5分钟会有一些什么样的结果?

  【魏延明】:这次变轨是有一个叫做窗口的唯一性的问题,所谓唯一性就是必须在特定的时间、特定的位置来完成这次变轨,如果错过去以后,就会带来很大的麻烦,这个麻烦,就是如果错得很小,我们可以靠后续的修正修过来,但是这样要浪费大量的燃料,影响我们卫星的寿命,如果错得很多,那就完不成这次环月的飞行。因此这次制动是非常关键的一次制动。要在这个时间点,然后发动机总时开机,开机的时间必须达到正常,另外整个推进系统的表现必须是完全按照预先设定来进行工作的。这样才能达到我们今天最终的目的。

“嫦娥一号”的重量是2350公斤

  [主持人]:降速的点是不是非常难把握?

  【魏延明】:这个点是预先根据轨道的预报,和我们测轨的结果推算出来的。然后这个点也是预先已经注入到了卫星的计算机当中去的,卫星到了这个时间会自动进行开机,这个点准确不准确,关键取决于我们前面测量的精度,和计算的精度。从前面几次变轨来看,我们测轨的精度和变轨的精度都是很高的,我觉得今天这次变轨,如果一切顺利可以完全达到这个目标的。

  [主持人]:信心非常足。刚才讲了几个关健词,我们解释了一个制动,我们还到降低飞行速度,以使卫星能被月球引力捕获,月球引力是一个什么样的状况?

  【魏延明】:月球的引力是这样的,月球的半径是1778公里,地球是6378公里,这里面大概月球从体积来讲是地球的1%左右,重量是地球的2%左右,应该是一个篮球和乒乓球的大小,因此它的重力也应该是地球的六分之一,因此,它的引力相对比较小一些。如果需要环绕月球速度也就比较小。比如我们脱离地球引力能够达到环绕地球飞行第一运行速度应该是7.8、7.9公里/秒的速度,我们在脱离地球引力的速度应该是在11.2公里/秒,如果我们脱离太阳的引力应该是16.7数量级,脱离月球的引力需要的速度只有2.33公里/秒就可以了。

  [主持人]:被月球引力捕获,和卫星本身的重量有没有什么关系?

  【魏延明】:有关系。

  [主持人]:“嫦娥一号”重量是两吨多?

  【魏延明】:“嫦娥一号”的重量是2350公斤。

  [主持人]:这个重量更加有利于捕获,还是有一定的难度在里面?

  【魏延明】:卫星重的话,从速度增量来讲是一样的,不管东西大还是小,但是需要花的时间,把速度降下来花的时间和需要的推力是和重量有关系了。比如把速度降到现在2100公里/秒,如果卫星质量小,需要小的推力就可以了。像我们现在卫星是2350公斤,它就需要大的推力,像我们现在用的490牛的发动机对它进行减速。如果更大的卫星需要更大的发动机才能使它最短的时间内把速度降下来。

  [主持人]:我们知道今天降速很关键,这边有网友提出这样的问题。如果今天这个卫星被月球成功捕获,是不是也就意味着这次“嫦娥探月”行动获得了基本的成功?

  【魏延明】:可以这么说,因为能够到达月球,并且环月,在我们中国航天史上是创造了一个新的“里程碑”,环月以后,我们就有更多的办法能够让它最终达到200公里的远轨道。第一步必须是让它能够环月,这是最重要的一步。

  【魏延明】:其实今天的降速,被月球引力捕获在整个绕月工程当中非常关键。我们整个十次变轨当中,有两次是最关键的,第一次是第三次的近地点加速,也就是第四次变轨,这一次是要脱离地球的引力,然后能够进入到地月转移轨道。第二次就是今天我们这一次近月制动,让它能够从绕地球的卫星,变成环月的卫星。

“月亮女神”的情况和我们这次变轨大致上是相同的

  [主持人]:咱们先看一下网上的视频,您预测一下,按之前的时间来看,现在应该已经达到哪一步了?

  【魏延明】:现在时间是10:50,现在应该已经是处于惯性调姿的阶段。

  [主持人]:这个阶段对正在看直播的网友来说,这个方面应该关注哪些问题?

  【魏延明】:现在大家从电视转播当中还看不到画面,这个阶段在卫星变轨准备过程当中,还是很关键的一个阶段。前面我们也讲到了几个主要的阶段,这里面给大家稍微解释一下。我们卫星在飞行过程当中,主要的一个飞行姿态是太阳定向,就是我们一直是正X轴方向是对着太阳,这样帆板的反斜方向也是指着太阳,这样可以获取最大的能源,同时天线也有很好的指向性,用这种方式,我们在地球轨道,包括在环月初期轨道,以及地月转移的轨道都是按照这种方式完成巡航的,那么要变轨,必须我们要飞行的方向是要沿着我们变轨切线点的方向,而这个方向这时候不一定就能够指向太阳,可能指向的方向完全取决于当时轨道的设计情况。因此要把从太阳指向变成我们最终的点火的时候轨控定向的形态,姿态中间要经过几个过程,一个是卫星停旋,我们原来在太阳定向的时候,卫星是一个慢旋的过程,大概一小时是转一圈的速度,然后停下来,然后开始横横定向,就是对着某一个天区,通过星敏感器稳定下来,然后开始惯性调姿,就是从对太阳定向,然后转到卫星定向的方向,这时候卫星需要三个方向都要调。现在处于的阶段是处于惯性调姿阶段,这个调姿完了以后,再次转到横性定向,横性定向就是对星的指向进行一个控制。后面在这个方向一直保持不变,一直等着卫星进入到变轨的点,这个时候可能有将近几分钟的时间,一直在等着卫星到了这个点以后,就开始进行轨控定向最后工作,衬底的时间是4分钟,4分钟以后,490牛的发动机开始点火,点完以后开始关机,关机以后再转到太阳定向,这一次模式就是一次轨控就结束了。

  [主持人]:从您介绍来看,11:05分,然后多长时间整个过程会成功结束?

  【魏延明】:从现在开始,点火完成以后,预定的时间是在11点36分35秒,可能实际的结果可能会跟这个有差异,每次都会有一些偏差,转播的时候,后指挥员会报一个准确的关机时间,最后所有的计算和我们测控的点也都是以他报的时间为准。

  [主持人]:及时关注整个的过程。这边有一个网友问了一个比较有趣的问题。一天一地一广仔:这次“奔月”之旅到底有多远?

  【魏延明】:这个距离我没有算。各位网友大家如果手边有计算器可以算一下,第一次刚进去的轨道是200公里,到51000公里的远轨道,第二次是我们的轨道高度是在近地点600公里,远地点到了51000公里,第三次是变到了近地点也是600公里,远地点变到了12万公里,今天是我们第三次近地点变轨以后,近地点是600公里,远地点应该是在41万公里。

  【魏延明】:今天完了以后,应该是能进入到一个12小时轨道,近地点高度应该是在200公里,远地点高度应该是在7800公里,这时候是环月的轨道。把这几个轨道的距离加起来,就是总的飞行距离,大概应该有100多万公里。

  [主持人]:《西游记》中讲孙悟空一个筋斗是十万八千里,我们远远超过了一个筋斗的距离。我们知道之前日本的“月亮女神”还带了两个子卫星,有点像“拖家带口”,他们的卫星被月球引力捕获的时候,是不是难度更大一些?

  【魏延明】:“月亮女神”的情况和我们这次变轨大致上是相同的,但是细节上有很大的差异。因为它的卫星刚开始打上去,近地点的高度是在900公里左右,远地点高度是在22万多公里。这个高度飞行地球一圈要十多天的时间,它实际上是在地球轨道上飞了两圈,然后才进入到地月转移,进入到月球附近的时候,被月球捕获以后,它用的方式和我们基本是一样的,也是制动,制动完了以后,进入到绕月轨道,在绕月轨道以后,刚开始进去的时候应该是在13000公里左右远地点,近地点是在100公里,经过不断地降轨,我们也经过这个过程,它在2400公里的时候,远地点释放第一颗小卫星,在800公里的时候释放了第二颗小卫星。因为它有释放卫星的过程,因此它相对来说,就增加了两项准备工作。

月食对卫星来说是一个大的影响

  [主持人]:两个子卫星的作用是什么?

  【魏延明】:一个是数据中距卫星,因为它是一个极月的轨道,这个轨道是在卫星转到月球背着地球的一面,这时它的通讯信号就中断了,所以在比较高的轨道上安排了一个小卫星,这个小卫星的作用就是中继的作用,可以把信号传到小卫星,然后通过小卫星中继传到小卫星。另一颗小卫星的作用就是主要做月球重力场的测量,月球重力场和月球有很大的差异,这个重力场的差异,对我们环月卫星,对于我们认识月球来说是非常重要的一个内容,日本这次专门安排了测量月球重力场,同时,两颗卫星还有一个作用,就是它用的方式是生成机械干涉仪就是VLBI,做VLBI的两个测量点,对月球重力场进行测量,因此它的作用和“嫦娥一号”稍微有点差异。

  [主持人]:有一个报道讲,在嫦娥绕月球工作的一年当中,会有几次月食,会不会影响“嫦娥一号”正常运行?

  【魏延明】:月食对卫星来说是一个大的影响,因为在月食期间,从开始出亏,然后到完全的复圆,最长的时间是5个小时,在这个时间当中,当然,见太阳的时间,完全看不见的是将近3个小时的时间。因为我们卫星是以太阳的电磁作为能源的来源,如果看不见太阳,等于星上没有能源了,这个对于绕月卫星来说非常重要,你必须要解决这样的问题,在没有太阳的情况下,怎么样去度过黑暗期。因为在没有太阳的时候,温度降的很快,大家知道,月球白天和晚上的温差将近300多度,白天最高温度可以达到120度,晚上最低可以达到零下150或者160度。因此,月食是我们开始设计的时候面临很大的问题,但是“嫦娥一号”在设计的初期,一开始就把它作为一个很重要的技术难题来解决,现在我们“嫦娥一号”卫星是完全可以经历月食的,在这个期间,可以靠蓄电池给卫星供电,卫星上也做了很多热控措施,可以保证我们在关键部位仍然能够处于可工作的环境条件下。

  [主持人]:再看一个网友的问题,最近在网上也有很多流传,有人讲阿波罗登月纯属虚构,您怎么看?

  【魏延明】:我觉得这不能当真。因为阿波罗工程是从1963年到1972年持续了将近10年多的时间,参加的人数,整个有将近2万多人。参加的厂家以及大专院校加起来有200多家。而且它所动用的人员不仅仅是包括美国本土,也包括世界各地的很多人,因此这么大一个工程要向十年内造假是完全不可能的。而且从阿波罗工程所产生的后续影响当中,我们确切地感受到当时的技术给我们后续带来的重大的影响,像现在我们所用到的很多的新的技术,包括像半导体材料、晶体管,以及最简单的,比如现在我们用到的微波炉等,这都是当年“阿波罗工程”给大家带来的技术成果,我们现在仍然在享用它。

[下一页]


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