卫星专家：遇月食，嫦娥会自动限电

　　本期做客新浪网“嫦娥工程系列访谈”的嘉宾是唐伯昶研究员，他曾担任中国空间技术研究院新型返回式卫星总指挥、总设计师；神舟一号飞船副总设计师。他介绍说嫦娥一号卫星从发射到进入绕月工作轨道的过程分5步走；发射嫦娥一号需要克服轨道设计、嫦娥一号能量供应等问题。以下为访谈实录：

　　主持人：唐老师，嫦娥一号探测卫星马上就要发射了，请您给我们先谈一谈嫦娥一号这个卫星是什么样子？

　　唐伯昶：很高兴与新浪网的网友们就嫦娥一号这个工程的信息进行交流。这个卫星是在东方红三号卫星的基础上通过改进设计而完成的。嫦娥一号卫星是一个正方体的形状，发射进入太空后，它两边的太阳能仪器就会展开，然后按照设计轨道向月球飞去。

　　唐伯昶：对，自动地按照我们设计的程序展开。

　　主持人：在设计嫦娥一号卫星的时候，肯定攻破了很多技术难关，与以往的卫星相比，它有哪些突破？

　　唐伯昶：大家知道，东方红三号是一个36000多公里高的通讯卫星。但是嫦娥一号近地363000公里，远离地球的地方是405500公里，这个高度相当于东方红三号通讯卫星的十倍。所以当然要解决很多方面的问题。

　　比如我们首先要解决轨道设计的问题。要发射一颗卫星从地球绕到月球进行探测，这个我们没有做过。绕地卫星是解决卫星和地球这两体问题，现在是卫星、地球和月亮三体问题，有很大的难度。我们发射一个卫星到月球，有一个空间交汇的概念。不是说朝月亮发射火箭，就可以飞到上面去；月亮是绕着地球运行的，当它在某一个位置时，我们发射一个卫星跟月亮进行空间交汇，这个时候才可能遇到它。

　　按照我们现在的设计，是先用运载火箭将嫦娥一号送到围绕地球运转的一个轨道，到一定高度进入轨道以后，长三甲运载火箭就跟这个卫星分离。

　　主持人：到什么高度的时候它们会分离？

　　唐伯昶：在200公里这么一个近地点的高度，远地点的高度是51000公里，这就比同步卫星的那个36000公里要远很多了，所以我们把这个叫做超地球同步卫星轨道。这个过程原理就跟原来的卫星发射开始相同。进入到这样一个轨道以后，卫星跟运载火箭分离，继续往月球方向飞。

　　主持人：在轨道选择方面，为什么最后选择了现在的设计方案？

　　唐伯昶：是根据我们特有的情况来设计的轨道。根据长征系列运载火箭现在发射卫星的能力，以及我国的测控台站的布置等等因素来考虑我们这个卫星的轨道设计。这个可能跟美国，以及苏联可能这个情况不一样。

　　主持人：嫦娥一号发射后向月球进发的旅行分多少个阶段？

　　唐伯昶：一共是分成五个阶段。第一个是发射段，运载火箭发射以后，进入200公里近地点、远地点51000公里的轨道。

　　然后我们通过卫星的姿态控制调整卫星姿态，通过轨道控制增加卫星速度。卫星增速后，比较小的椭圆卫星轨道的远地点就会增加。

　　我们一共要进行三次这样的加速。第一次把椭圆运行轨道的近地点从200公里调整到600公里，主要是为了测控能够较长时间看见卫星。在600公里的近地点高度跟51000公里的远地点高度这样的椭圆上，每一次卫星走到近地点位置就进行一次点火。在近地点点火，卫星的轨道又是一个椭圆，这个椭圆的远地点就比原来要增加，根据轨道的测量计算，最后到预定值。

　　像这样从近地点进行这个加速的过程，我们的轨道控制要进行三次，然后飞出地球。这三次做完了以后，用我们的话叫“嫦娥奔月”，卫星就朝着月亮那个方向飞去了。

　　主持人：离开地球，朝月亮飞过去。

　　唐伯昶：对，朝月亮飞过去。飞到靠近月球时，我们还要在近月点把速度降下来，否则卫星就擦着月亮的边飞到太空去了，也许成为太阳的一个行星，也许就飞到其他的地方去。所以要使卫星绕着月亮运行的话，必须在靠近月亮的地方进行轨道制动。轨道制动就是轨控发动机反向减速，跟刚才说的在地球这边调整远地点的高度的方法一样，只不过这是减速，那是加速。我们也要通过三次调整，最后把卫星的速度降下来，达到200公里高的绕月轨道。最后进入绕月工作轨道运行。

　　主持人：卫星的加减速是怎样实现的？动力是哪里来的？

　　唐伯昶：要使卫星顺利加减速，必须正确调整卫星的飞行方向和飞行姿态。卫星姿态在任何方向的偏离，都将导致卫星不能按照原定轨道修正。

　　卫星的动力来自携带的推进剂。我们通过地面或卫星上的程序控制推进剂，到一定的地方发动机点火，产生反推力，就使卫星向前加速，或者是向相反的减速。要完成轨道的变化，是完全依靠卫星自主的姿态控制和轨道控制，或者加轨道制动。

　　主持人：以前我们发射的卫星，能不能自己来控制加速减速，这是不是一个技术的突破？

　　唐伯昶：这个已经是成熟技术了，包括我做的返回卫星。

　　主持人：我看到一个说法，说要保证嫦娥一号探测仪器对准月亮，才能对月亮进行探测；要保证它的天线对着地球，它才能从地面接收指令信号；还要保证它的太阳能帆板对着太阳，然后它才能接收能量，这也是一个难关，是不是？

　　唐伯昶：对，这三个方向都要控制好，这确实跟原来的卫星飞船有不同之处，也是一大技术难关。卫星飞行的时候，通过姿态控制使一个方向始终对着月亮的表面，我们才能看得到需要观察的地方。而且卫星飞到月亮以后，也需要靠太阳能帆板把热变成电，供给携带的设备。

　　主持人：这就应该说是嫦娥一号“食”的问题了，就是给它解决能量，食物的问题，有资料显示这是第三个难关。

　　唐伯昶：对。这个食的问题，就是保持能量的供应，这样才能够保证两个方面，一个是刚才说的速度控制，加速需要携带的推进剂提供能量，另一个就是供电，否则仪器设备就无法工作了。

主持人：说到这儿插进来一个问题。月食对于嫦娥一号的工作有没有影响？

　　唐伯昶：有影响，我们在轨道设计时曾专门考虑在月食的条件下卫星如何工作。嫦娥一号与绕地卫星不同，遇到几个小时的月食时，太阳能帆板接收不了太阳的能量。如果不对星上设备的工作情况以及蓄电池的充电进行合理的控制与分配，那可能在三小时之内电能就不够了。所以在设计上，一旦月食出现，嫦娥一号就要把一些设备断电。但姿态控制还继续工作，等到回到有太阳的地方，再把关闭的设备打开。嫦娥一号将根据进入月食的时间长短，对星上的工作状态进行设计。当然那时用的是蓄电。基本上一年要遇到一次月食环境。

　　主持人：所以用我们地球上一个经常用的词叫“拉闸限电”。

　　唐伯昶：对对对，有点这个意思。

　　主持人：那嫦娥一号探测期间会不会遇到月食，有没有进行预测？

　　唐伯昶：我还没有看到最近计算的轨道。看到他们计算的轨道，就应该知道这次发射后到什么时候可能要进入到月食这种状态，都可以算得比较准确。

　　主持人：好，我们刚刚已经讲完了嫦娥一号“食”的问题，它的能量的问题。嫦娥一号都带了什么设备？

　　唐伯昶：我大致把我了解的一些情况说一下。我们带的探测设备有高能粒子探测器，专门探测绕月飞行环境的粒子辐射情况，以及太阳风。还有一个微波探测器，用微波辐射的方法对月面的目标进行探测。另外还有像X射线光谱仪的探测，激光高度计对卫星飞行高度等进行测量，还有一些光学成像的探测，比如说相机可以对地面景物在不同的光照条件下进行拍摄。这些探测器都要有正常的轨道和姿态保证才能完成任务。

　　主持人：X射线光谱仪有什么作用呢？

　　唐伯昶：宇宙空间内有一些星体发出X射线，我们要通过嫦娥一号上的仪器，测量4万到40万公里的太空环境中的X射线进行探测，这些是属于天文方面的，中国科学院有一些科学家专门对这些数据进行收集整理。

　　主持人：我们还要去测月球土壤中一些元素的分布，不知道这个是通过什么仪器来实现？

　　唐伯昶：这个通过光谱和各种照相设备。信号传输回地球，对所获得影片的光谱特性进行分析，就能够得到其中的一些数据。我们还不能把月亮的土壤和岩石样品采下来，所以将来都是通过无线把信号传回地球，经过处理以后得出我们要的资料。

　　主持人：大家可能也都知道，嫦娥一号带了30首中国乐曲上天播放，我想问问，我们的天文爱好者有没有可能自己听到这些歌呢？

　　唐伯昶：从无线电的角度来说，把这些歌在太空通过无线电波传下来，跟我们现在的无线电台的原理是一样的。1970年我国发射的第一颗东方红人造地球卫星就是用短波播放了《东方红》。我们对歌曲将来以短波还是调频方式播放，现在已经有了一个设计。

　　到时候如果是以短波或调频等方式传送，那么一般在地球上，使用短波收音机就应该收听得到；但如果这些信号要通过测控后再传到地球，然后再进行第二次传送的话，那么一般可能就接收不到了。

　　主持人：嫦娥一号卫星从研发到制造到实验分析等等一系列过程中，科学家也付出了一系列的努力。请问您有没有一些背后的故事，可以和我们的网友分享的？

　　唐伯昶：做这个卫星工程呢，不管是嫦娥一号，还是其他的型号，都是一段艰辛的历程。因为我们要在3、4年的时间，把嫦娥一号这样一个过去从来没有研制过的航天器研制成功。按照航天工程过去的阶段的话，要经历好几个阶段之后才能够让嫦娥奔月成为现实。一般的卫星研制有几个阶段：

　　第一个是可行性论证，就是现在这件工作在中国到底可行不可行，比如说火箭能不能运过去，卫星的测控能不能完成，星上的设备能不能做得出来等等。第一步做好了，我们要进行方案设计，包括卫星的方案设计，还有其他包括运载火箭、发射场、测控等等，这些都要满足要求以后，这个工程才能够往下进行。

　　方案设计之后，我们还要进行初验和正验设计两个阶段。初验阶段就是先做一些设备试一试，看性能能否满足要求，如果都满足要求的话，我们再进行正验设计。正验设计好了，设备装到星上，我们就可以按照原来制订的飞行技术进行卫星的发射，然后飞向月球。这中间我的同行们付出了非常辛勤的劳动。有时候为了排除一个问题，他们连续多少天，加班加点的工作。

　　通过我们前一段的努力，现在应该说是进入到快要收获的阶段了。卫星进入发射场，在发射场经过一两个月的工作，我们就按照国家公布的飞行实验时间执行飞行计划。从这一点来说的话，过去其他的卫星或飞船，跟嫦娥一号有一些是相同的。但是如果说遇到的问题的话，嫦娥一好可能与过去的卫星飞船遇到的问题不一样，解决的难度可能也不一样。

　　主持人：那对于嫦娥一号的发射有信心吗？

　　唐伯昶：现在我觉得还是应该有信心，就像刚才说的，我们已经经过了几个阶段的研究和制造，还有各种卫星的实验。问题基本上都解决了，都满足了我们原来的设计指标，所以取得这一次的实验成功，我还是很有信心。

　　主持人：好，谢谢您接受我们的访谈，也谢谢各位网友的关注。