嫦娥1號

嫦娥1號

"嫦娥一號"(Chang'E1)是中國自主研製並發射的首個月球探測器。中國月球探測工程嫦娥一號月球探測衛星由中國空間技術研究院研製,以中國古代神話人物"嫦娥"命名。嫦娥一號主要用于獲取月球表面三維影像、分析月球表面有關物質元素的分布特點、探測月壤厚度、探測地月空間環境等。嫦娥一號于2007年10月24日,在西昌衛星發射中心由"長征三號甲"運載火箭發射升空。嫦娥一號發射成功,中國成為世界上第五個發射月球探測器的國家。

  • 中文名稱
    嫦娥1號
  • 外文名稱
    Chang 'e no. 1
  • 發射時間
    2007年10月24日18時05分
  • 發射地點
    西昌衛星發射中心

研發歷史

醞釀10年

我國航天科技工作者早在1994年就進行了探月活動必要性和可行性研究,

嫦娥一號衛星繞月嫦娥一號衛星繞月

1996年完成了探月衛星的技術方案研究,

1998年完成了衛星關鍵技術研究,以後又開展了深化論證工作。

經過10年的醞釀,最終確定我國整個探月工程分為"繞"、"落"、"回"3個階段。

1)第一期繞月工程將在2007年發射探月衛星"嫦娥一號",對月球表面環境、地貌、地形、地質構造與物理場進行探測。

2)第二期工程時間定為2007年至2010年,目標是研製和發射航天器,以軟著陸的方式降落在月球上進行探測。具體方案是用安全降落在月面上的巡視車、自動機器人探測著陸區岩石與礦物成分,測定著陸點的熱流和周圍環境,進行高解析度攝影和月岩的現場探測或採樣分析,為以後建立月球基地的選址提供月面的化學與物理參數。

3)第三期工程時間定在2011至2020年,目標是月面巡視勘察與採樣返回。其中前期主要是研製和發 射新型軟著陸月球巡視車,對著陸區進行巡視勘察。後期即2015年以後,研製和發射小型採樣返回艙、月表鑽岩機、月表採樣器、機器人操作臂等,採集關鍵性樣品返回地球,對著陸區進行考察,為下一步載人登月探測、建立月球前哨站的選址提供資料資料。此段工程的結束將使我國航天技術邁上一個新的台階。

嫦娥一號嫦娥一號

初樣研製

2004年11月19日"嫦娥一號"開始初樣研製,"嫦娥工程"進入實施階段。

"嫦娥一號"衛星是一顆繞月探測衛星,由中國空間技術研究院研製。主要用于獲取月球表面三維影像、分析月球表面有關物質元素的分布特點、探測月壤厚度、探測地月空間環境等。這顆衛星已經進入初樣研製階段。在這個階段,將有電性星和結構星這兩顆初樣衛星來承擔衛星測試工作。

電性星的試驗主要是用于一些帶有電子性能的設備的綜合測試,結構星的試驗主要是要考核結構設計的合理性,和整星上溫度控製設計的合理性。這兩顆初樣星的結構製造已經完成,將在2004年底以前開始整星測試。在這個基礎上,再進行正樣衛星,也就是最終要實現發射的衛星的研製。整個初樣測試階段將持續到2005年6月份,隨後將進入衛星正樣星的研製階段。此外,承擔衛星發射任務的長征三號甲火箭已經投入生產,為了保證完成月球探測工程任務,科研人員對長三甲火箭進行了41項提高可靠性的設計。據了解,嫦娥一號衛星將在2006年底完成所有的試驗,具備發射條件。長三甲火箭也將在2006年下半年出廠。

最後聯試

2006年3月,中國探月計畫第一顆衛星"嫦娥一號"進入有效載荷正樣系統最後聯試階段,以確保科學探測設備將來在太空正常工作。

嫦娥一號衛星有效載荷嫦娥一號衛星有效載荷

"嫦娥一號"衛星有效載荷的研製測試工作由中國科學院空間科學與套用研究中心負責。有效載荷總指揮、中科院空間中心主任吳季16日在接受採訪時說:"在有效載荷正樣系統聯試的最後階段,各研製人員應繼續保持嚴慎細實的工作態度,按質量要求完成正樣聯試,確保有效載荷設備順利交付和工程任務圓滿完成。"

衛星有效載荷因不同的航天任務而異,在現階段主要是進行科學探測的儀器和科學實驗的設備。"嫦娥一號"衛星有效載荷將包括微波探測儀分系統、空間環境探測分系統、有效載荷資料管理分系統等。

發射升空

發射

2007年10月24日18時05分,搭載著我國首顆探月衛星嫦娥一號的長征三號甲運載火箭在西昌衛星發射中心三號塔架點火發射。"嫦娥一號"衛星發射後首先將被送入一個地球同步橢圓軌道,這一軌道離地面距離為500公裏至7萬公裏,探月衛星將用26小時環繞此軌道一圈後,通過加速再進入一個更大的橢圓軌道,距離地面最近距離為500 公裏,最遠為12萬公裏,需要48小時才能環繞一圈。此後,探測衛星不斷加速,開始"奔向"月球,大概經過83小時的飛行,在快要到達月球時,依靠控製火箭的反向助推減速。在被月球引力"俘獲"後,成為環月球衛星,最終在離月球表面200公裏高度的極地軌道繞月球飛行,開展拍攝三維影像等工作。

預計衛星奔月總共需時157個小時,距離地球接近38.44萬公裏。而過去,中國發射的衛星距離地面一般都在3.58 萬公裏左右,二者幾乎相差了10倍。

入軌

長征三號甲運載火箭在發射嫦娥一號衛星時,通過第一、二級和第三級的第一次點火,先將衛星送入近地軌道,並在近地軌道滑行飛行一段時間。在火箭起飛的第1249秒,三級火箭第二次點火;第1373秒,三級火箭二次點火發動機關機。第1473秒,星箭分離成功,嫦娥一號衛星進入近地點約200千米、遠地點約51000千米、運行時間為16小時的大橢圓軌道,成為一顆繞地球飛行的衛星。

嫦娥一號衛星發射成功嫦娥一號衛星發射成功

變軌

當嫦娥一號衛星在16小時軌道飛行一圈半後,2007年10月25日下午,地面註入指令,衛星上推力為50牛頓的調姿發動機開始點火,約4分鍾後,推力為490牛頓的主發動機點火實施變軌,將衛星軌道近地點抬高到離地球約600公裏的地方。2007年10月26日下午,當衛星再次到達近地點時,衛星主發動機再次開啟,巨大的推力使衛星上升到24小時軌道。在24小時軌道上運行3圈後,衛星上的主發動機第三次點火,實施第二次近地點變軌,嫦娥一號衛星進入48小時軌道。這一時刻大約發生在2007年10月29日。這幾次變軌都是通過衛星上的發動機使衛星加速。從理論上講一次變軌就可以實現,但為了充分利用燃料,同時也為了方便地面控製,科學家把變軌逐步分解。

奔月

在3條大橢圓軌道上經過7天"熱身"後,嫦娥一號衛星將正式奔月。2007年10月31日,當衛星再一次抵達近地點時,主發動機開啟,衛星的速度在短短幾分鍾之內提高到10.916千米/秒以上,進入地月轉移軌道,真正開始了從地球向月球的飛越。嫦娥一號衛星選擇這樣的奔月方式,有著3方面的優點:一是可以確保重力損耗控製在5%以下;二是將幾次近地點機動安排在同一地區,有利于地面監測;三是安排了24小時軌道,可以比較方便地解決發射日期延後的問題。

修正

在地月轉移軌道,也就是從地球軌道到月球軌道的這段距離,嫦娥一號衛星需要飛行約114個小時。

在人類探月活動的歷史上,曾多次發生探測器未能實現月球的捕獲而丟失在星際間的事故,這大多是由于飛行過程中衛星姿態和速度控製不精確造成的。如果衛星在地月轉移軌道近地點有1米/秒的速度誤差或1千米的高度誤差,飛到月球附近時都將產生幾千千米的位置誤差。在高速飛行的過程中,嫦娥一號衛星必須在地面的指令下進行中途軌道修正。一般來講,至少需要進行兩次修正,第一次是在進入地月轉移軌道的一天之內,第二次是在到達月球的前一天內。這些指令,都是由設在北京的航天飛行控製中心發出的。

製動

11月5日前後,當嫦娥一號衛星到達距月球200千米位置時,需要進行減速製動,也就是"剎車"。隻有這樣,才能被月球引力捕獲,成為繞月飛行的衛星。 這是實現繞月飛行的一個重要步驟:"剎車"晚了,衛星就要撞到月球上去;而"剎車"早了,則會飄向太空。"剎車"是否成功,關鍵取決于衛星當時的位置和速度矢量是否正確。經過多次復核、復算,我國科學家已經突破了這一技術難題。

繞月

嫦娥一號衛星的第一次近月製動,將發生在2007年11月5日,從地月轉移軌道進入12小時月球軌道。從這一刻起,嫦娥一號衛星成為真正的繞月衛星。 2007年11月6日前後,嫦娥一號衛星進行第二次近月製動,速度進一步降低,衛星進入3.5小時軌道,並在這個軌道上運行7圈。 2007年11月7日前後,嫦娥一號衛星進行第三次近月製動,進入127分鍾月球極月軌道。這是衛星繞月飛行的工作軌道。這個軌道為圓形,離月球表面200千米。 這時的嫦娥一號衛星,將向地面傳回經過公眾投票選出的30首歌曲。

探測

建立月球工作軌道後,嫦娥一號衛星攜帶的"8種武器"將開始大顯身手,為完成4大科學目標展開緊張而忙碌的工作。如果不出意外,衛星所攜帶的CCD立體相機在11月下旬就可以傳回第一張月球照片,這是繞月成功的重要標志。幹涉成像光譜儀、雷射高度計、CCD立體相機將共同完成第一個科學目標,即獲取月球表面三維立體影像;γ射線譜儀、X射線譜儀將攜手對月球表面有用元素及物質類型的含量和分布進行辨析。首次被套用到月球探測中的微波探測儀,將對月壤厚度和氦-3資源量展開探測;而由太陽高能粒子探測器和太陽風離子探測器組成的空間環境探測系統,將通過不間斷地捕捉質子、電子和離子,對4萬到40萬千米範圍的"地-月"空間環境展開探測。

完成使命

在經過494天的飛行之後,2009年3月1日,中國首顆深空探測衛星---嫦娥一號以撞擊月球的方式,結束了它的工作使命。探月工程首席專家歐陽自遠評價"即使悲壯也值得"。

嫦娥一號衛星于2009年3月1日下午15時36分開始減速,經過37分鍾的減速,衛星成功落在月球的豐富海區域。據北京航天飛控中心的最後確認:嫦娥一號衛星對月球的撞擊點位于南緯1.50度,東經52.36度。北京天文館館長朱進說,"豐富海"是一個月海的名字,從撞擊坑的坐標來看,是距離月球赤道比較近的一個點,從地球上能看到。嫦娥一號衛星在軌運行一年中,共傳回1.37TB(1TB=1024GB)的有效科學探測資料,獲取了全月球影像圖、月表部分化學元素分布等一批科學研究成果,圓滿實現工程目標和科學目標。

技術難點

1、軌道設計與飛行程式控製問題

2、衛星姿態控製的三矢量控製問題

3、衛星環境適應性設計移動圖片

4、遠距離測控與通信問題"嫦娥一號"衛星由中國空間技術研究院承擔研製,"嫦娥一號"月球探測衛星由衛星

組圖:嫦娥一號衛星第一次近月製動組圖:嫦娥一號衛星第一次近月製動

平台和有效載荷兩大部分組成。衛星平台利用東方紅三號衛星平台技術研製,科研人員對結構、推進、電源、測控和數傳等8個分系統進行了適應性修改。有效載荷包括CCD立體相機、成像光譜儀、太陽宇宙射線監測器和低能粒子探測器等科學探測儀器。

"嫦娥一號"月球探測衛星將于2007年10月在西昌衛星發射中心 由"長征三號甲"運載火箭發射升空。衛星發射後,將用8天至9天時間完成調相軌道段、地月轉移軌道段和環月軌道段飛行,執行科學探測任務。它將完成四大科學任務,首要目的便是為月球"畫像",也就是要通過各種手段獲取月球表面影像和立體圖像。此外,還要分析月球表面有用元素含量和物質類型的分布特點,探測月壤厚度以及地月空間環境。

專家介紹,嫦娥一號衛星兩米見方,太陽翼展開後,最長可達18米,起飛重量為2350公斤,衛星需要10-12天可以飛到月球附近。嫦娥一號設計壽命為一年,執行任務後將不再返回地球。

科學目標

中國探月工程首席科學家、中國科學院院士歐陽自遠介紹"嫦娥一號"是我國發射的最遠距離的衛星,距地球的平均距離是38萬公裏,而在這之前,我國發射的最遠距離的衛星離地面4萬公裏。

繞月探測工程將完成以下四大科學目標:

嫦娥一號嫦娥一號

一、獲取月球表面三維立體影像,精細劃分月球表面的基本構造和地貌單元,進行月球表面撞擊坑形態、大小、分布、密度等的研究,為類地行星表面年齡的劃分和早期演化歷史研究提供基本資料,並為月面軟著陸區選址和月球基地位置優選提供基礎資料等。

二、分析月球表面有用元素含量和物質類型的分布特點,主要是勘察月球表面有開發利用價值的鈦、鐵等14種元素的含量和分布,繪製各元素的全月球分布圖,月球岩石、礦物和地質學專題圖等,發現各元素在月表的富集區,評估月球礦產資源的開發利用前景等。

三、探測月壤厚度,即利用微波輻射技術,獲取月球表面月壤的厚度資料,從而得到月球表面年齡及其分布,並在此基礎上,估算核聚變發電燃料氦-3的含量、資源分布及資源量等。

四、探測地球至月亮的空間環境。月球與地球平均距離為38萬公裏,處于地球磁場空間的遠磁尾區域,衛星在此區域可探測太陽宇宙線高能粒子和太陽風電漿,研究太陽風和月球以及地球磁場磁尾與月球的相互作用。

國防科學技術工業委員會副主任、國家航天局局長、繞月探測工程總指揮欒恩傑介紹,

由月球探測衛星、運載火箭、發射場、測控和地面套用等五大系統組成的繞月探測工程系統屆時將實現以下五項工程目標:

1)研製和發射我國第一個月球探測衛星;

2)初步掌握繞月探測基本技術;

3)首次開展月球科學探測;

4)初步構建月球探測航天工程系統;

5)為月球探測後續工程積累經驗。

搭載歌曲

"嫦娥一號"搭載了歌曲30首,但是普通電視電台不能收到嫦娥歌曲信號。由于月球距離地球40萬公裏,地面上不可能像聽收音機一樣接收。李春來說,隻能用天線把資料調製成S波段資料,地面接收後再把它處理出來,再把這個資料檔案放到發射塔上發射,收音機就聽得見,也可以到網上下載。

30首播放歌曲清單:

1、《誰不說俺家鄉好》

2、《愛我中華》

3、《歌唱祖國

4、《梁山伯與祝英台》

5、《我的祖國》

6、《走進新時代》

7、《二泉映月》

8、《黃河頌》

9、《青藏高原》

10、《長江之歌

11、《在希望的田野上》

12、《春天的故事》

13、《七子之歌》

14、《我的中國心》

15、《高山流水》

16、《草原上升起不落的太陽》

17、《中國人》

18、《貴妃醉酒》選段

19、《難忘今宵》

20、《歌聲與微笑》

21、《春節序曲

22、《半個月亮爬上來》

23、《遊園驚夢》選段

24、《富饒遼闊的阿拉善

25、《十二木卡姆選曲》

26、《東方之珠》

27、《在那遙遠的地方》

29、《我是中國人》

30、《但願人長久》

特別選用曲目:

1、《中華人民共和國國歌》

2、《東方紅》

社會意義

技術創新

探月工程是繼人造地球衛星、載人航天之後,中國航天活動的第三個裏程碑。嫦娥一號衛星首次繞月探測的圓滿成功,樹立了中國航天的第三個裏程碑,突破並掌握一大批具有自主智慧產權的核心技術和關鍵技術,使我國成為世界上為數不多的具有深空探測能力的國家,實現了多個中國航天史及航天器的"第一":第一次研製並成功發射中國首顆繞月探測衛星;第一次實現了繞月飛行和科學探測;第一次形成了深空探測任務的整體設計思路和研製流程,這些都充分體現出我國綜合國力顯著增強,自主創新能力和科技水準不斷提高。

積累經驗

作為第一顆月球探測衛星,嫦娥一號衛星的研製過程攻克了很多近地衛星不曾遇到的難題,開闢了中國航天的新領域,為中國執行未來的深空探測任務積累了豐富的經驗。

娥一號衛星開展的在軌試驗,充分利用衛星的延壽期,獲得了大量有價值的試驗資料,為嫦娥二號、三號衛星的研製,提供了基礎資料,對我國月球探測二期工程的開展和其它深空探測計畫的實施,具有重要的工程意義、科學意義和實踐意義。嫦娥一號衛星所開展的各項後續試驗,一直是在有組織、有計畫、分步驟進行的,試驗的整個過程充分體現了目的明確,策劃充分,方案細致,把握風險,步步推進的特點,最大限度地充分挖掘和發揮了衛星的潛能,取得了重要的科研成果。

促進經濟

雖然針對"嫦娥奔月"帶來的經濟效益還沒有一個準確的數位,但美國的"阿波羅計畫"給我們提供了借鏡,當年,"阿波羅計畫"投資了256億美元,但它同時創造了3000多項新技術,帶動了美國高新技術的全面發展和工業繁榮,據估算,"阿波羅"計畫的實施,每投入1美元,最後都能產生4~5美元的經濟回報。。大到直徑50米的射電望遠鏡天線,小到防爆配電箱,嫦娥一號工程的不少配套產品都來自民營企業。在我國航天領域,很多高科技原材料、元器件,從國外採購成本高國有企業自行研製時間長,從民營企業中採購軍民兩用產品,成了實惠的選擇。航天技術能為醫院建立無菌環境,原來用于確保宇航員呼吸潔凈空氣的技術,已經被醫院用來殺滅細菌和病毒;另外,宇航員使用的水迴圈處理設備,將來可以用于凈化被污染的泉水,達到符合飲用的標準。

獲得月面影像

獲取"全月面三維影像"是嫦娥一號衛星取得的重要成果之一。在一年的時間裏,該衛星按計畫完成了南北緯70度的全月面的三維成像,並首次獲取了月表極區的全部影像。根據中國探月工程指揮部的決定,衛星還開展了月球兩極影像拍攝試驗,至2008年7月1日,完整獲取了月球兩極的影像資料,補充製作了月球極區影像圖。"嫦娥一號'看'遍了月球的每一寸土地,並完整傳回了資料。

嫦娥精神

在嫦娥一號衛星研製的歲月裏,科技人員始終堅持使命高于一切、責任重于泰山的信念,埋頭苦幹,無私奉獻,以國家需要為第一需要,以人民利益為最高利益,頑強奮戰在工程第一線;始終堅持全局一盤棋、上下一條心、各方一股勁,萬眾一心,眾志成城,充分發揮集體智慧和力量,形成強大的合力;始終堅持科學求實的工作作風,攻堅克難,勇于超越,瞄準深空探測科學技術前沿,掌握了一大批具有自主智慧產權的核心技術和關鍵技術;始終堅持科學管理,縝密決策,精心組織,在較短的時間內,高標準、高質量、高效率地實施了工程任務,同時,形成了寶貴的精神財富,這些,都將對完成我國月球探測二期、三期工程,推動中國航天又好又快的發展,發揮重要的作用,產生深遠的影響。

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