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松鼠的空天随笔

 
 
 

日志

 
 

嫦娥二号任务的总结  

2013-06-10 23:03:50|  分类: Space |  标签: |举报 |字号 订阅

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http://www.chinanews.com/gn/2013/01-18/4501737.shtml
中新社北京1月18日电 (记者 孙自法)继“姐姐”嫦娥一号被授予2009年度国家科学技术进步奖特等奖之后,嫦娥二号工程18日也登上国家科技奖励的最高领奖台,获得2012年度国家科学技术进步奖特等奖。

  中国探月工程总设计师吴伟仁接受媒体采访时透露,嫦娥二号卫星目前距离地球约1200万公里,正以平均每天10万公里的速度飞往更远的2000万公里深空,预计将于3月底飞抵。

  他说,嫦娥二号在世界上首次实现从月球轨道出发飞赴日地拉格朗日L2点进行科学探测、首次实现对图塔蒂斯小行星近距离交会探测,圆满完成拓展和再拓展试验。虽然嫦娥二号工程已完美收官,但嫦娥二号卫星还有约5公斤的燃料,飞抵2000万公里深空时地面计划遥控卫星开展一些太空动作,“具体动作目前正在酝酿当中”,将主要对卫星状态和地面测控系统在深空探测领域开展进一步考验。

但是从后续的新闻看,没什么动作了:
http://news.xinhuanet.com/2013lh/2013-03/09/c_114958883.htm
 三年前发射的嫦娥二号探月卫星,前不久刚刚突破2000万公里深空,下一步将何去何从?叶培建介绍,今后我们主要是跟踪嫦娥二号,不再赋予它新的任务,它有可能一直顺利地飞向更远的太空,超出地球能看见、听见的能力,也有可能因部件失效后失去联系。

后来:
5月29日:
【嫦娥二号卫星飞向深空】近日,随着推进高压气路断开、测控切全向、定向双工作模式等指令的发出,成功完成了对嫦娥二号卫星的飞行状态设置。在超出地面测控上行能力前,技术人员还将择机实施卫星热控模式设置、定向天线对地跟踪设置和供配电状态设置等操作.
来自 中国航天报微博

http://www.spacechina.com/n25/n144/n206/n216/c428086/content.html
来源: 中国航天报 日期:2013/05/29

  近日,随着推进高压气路断开测控切全向定向双工作模式等指令的发出,五院技术人员成功完成了对嫦娥二号卫星的飞行状态设置。在超出地面测控上行能力前,技术人员还将择机实施卫星热控模式设置、定向天线对地跟踪设置和供配电状态设置等操作。目前,嫦娥二号卫星距离地球已超过3500万公里。
  嫦娥二号在完成为探月二期月球软着陆任务开展先期技术验证和深化科学探测
的既定目标之后,又充分挖掘潜力,利用卫星剩余能力,相继实现了月球、拉格朗日点和小行星多类目标、多项任务的探测,成为我国首颗飞入行星际的探测器。
  目前,嫦娥二号在轨运行状态良好,预计星地距离将于今年7月14日达到5000
万公里,2014年7月有望达到1亿公里。通过对后续轨道分析,嫦娥二号飞行距地最远可达到约3亿公里。
  嫦娥二号后续的星际飞行,可以为航天器在深空环境下长寿命、可靠运行等方
面的设计提供较好的在轨试验平台。后续,嫦娥二号飞行目标将主要聚焦在星载设备长寿命考核、自主飞行能力、行星际远距离测控验证等方面,并对卫星开展长期跟踪和寿命评估;在遥测信息能够接收的情况下,阶段性在轨评估卫星遥测状态,获得深空探测器空间环境适应性、产品设计改进方面有价值的信息;超出遥测信息跟踪能力后,利用单载波信标实施跟踪。未来,嫦娥二号将作为一个绕太阳飞行的探测器,创造我国航天器飞行距离的新纪录,同时也可评估卫星的在轨运行寿命能力。
  嫦娥二号卫星实现了多任务、多目标探测,积累了丰富的在轨数据和工程经验
,对我国后续深空探测任务的设计具有重要的借鉴意义。(温博)


至此,推进高压气路断开,RCS停止运行,测控切全向,实际测控距离大为缩短,嫦娥二号的任务实际上已经落幕,只剩下最后的等死而已,再过23-24年嫦娥二号再回到地球附近,物是人非,我都老了:-(
2013年7月15日更新:
嫦娥二号距地突破5000万公里 继续飞向更远深空
http://www.chinanews.com/gn/2013/07-15/5039944.shtml

 中新网北京7月15日电 (孙自法 蔡金曼)中国国家国防科技工业局15日消息:北京时间7月14日1时许,已成为中国首个人造太阳系小行星的嫦娥二号卫星,与地球间距离突破5000万公里,卫星状态良好,正继续向更远的深空飞行。

  北京航天飞行控制中心总师周建亮介绍说,目前,嫦娥二号卫星在环绕太阳的轨道上飞行。随着卫星与地球距离逐渐增大,为确保上下行信号可靠稳定、卫星平 台安全运行,该中心先后对卫星遥测码速率、测控模式、上行功率等进行调整,对卫星定向天线控制策略进行改进,提高测控跟踪能力。根据轨道计算,预计嫦娥二 号卫星最远将飞行到距地球约3亿公里
  嫦娥二号卫星是中国探月工程二期的先导星,2010年10月1日发射。自2012年12月13日飞越探测图塔蒂斯小行星、成功实施再拓展试验以来,嫦 娥二号卫星进行着中国航天器飞行距离最远的一次“太空长征”,不断刷新“中国高度”:星地距离于2013年1月5日突破1000万公里,2月28日突破 2000万公里,4月11日突破3000万公里,5月24日突破4000万公里……预计2014年7月星地距离达到1亿公里
  嫦娥二号工程的实施,创造出中国航天领域多项“世界第一”:首次获得7米分辨率全月球立体影像;首次从月球轨道出发飞赴日地拉格朗日L2点进行科学探测;首次对图塔蒂斯小行星近距离交会探测,并获得10米分辨率的小行星图像。
  国防科工局称,今年下半年,中国将实施嫦娥三号“落月”任务,作为探月工程“绕、落、回”三步走中的第二步,嫦娥三号任务将实现中国航天器首次在地外 天体软着陆,开展着陆器悬停、避障、降落及月面巡视勘察。相比嫦娥二号,嫦娥三号任务技术更新、难度更大、风险更高,目前,工程各系统正全力以赴、密切协 作,确保嫦娥三号任务工作高标准高质量稳步推进。(完)
嫦娥二号任务的总结 - squirrel - 松鼠的空天随笔
所谓最远飞到距离地球3亿公里处,是指飞到地球对面的L3点,这样距离就是日地距离X2,也就是约3亿公里
 

那么嫦娥二号到底是如何飞行的,我国新建的深空测控站又对它有什么样的支持呢,中国科学做了嫦娥二号扩展任务专辑,我试着摘录一二:
嫦娥二号的基本情况:
嫦娥二号卫星系统有总体、综合测试分系统和结构、热控、制导/导航与控制(GNC)、推进、供配电、数据管理、测控数传、定向天线、技术试验(工程载荷)、有效载荷等13 个分系统, 如图1 所示. 卫星发射质量2480 kg, 干重1169 kg, 携带166 kg 载荷(含136 kg 有效载荷和30 kg 工程载荷)
嫦娥二号卫星加注燃料约1302 kg, 比嫦娥一号多加105 kg, 比预算多加153 kg;
基本任务如下图所示:
嫦娥二号的总结 - squirrel - 松鼠的空天随笔
 

测控问题:
一方面为适应高分辨率图像等科学数据传输需求, 对月球探测, 将数传码速率由3 Mbps 提高到12 Mbps. 另一方面, 为解决行星际距离的数据传输问题, 在新增的技术试验分系统信源自成体系, 独立完成新配置的工程载荷类的数据传输. 以支持距地2000 万千米为目标, 设计了最低为23.4375 kbps 的多档码速率,
在星地距离172 万千米处, 进行了1.5 Mbps 码速率传输测试

2) S 频段数传
采用密云50 m 站, 码速率选择23.4375 kbps, 经(1)式计算, 可支持最远距离为1300 万千米.采用64 m 深空站, 码速率选择23.4375 kbps, 可支持最远通信距离为2500 万千米
3) S 频段上行
采用64 m 深空站与10 m 站相比, EIRP 增加28.3 dB, 根据(3)式计算, 最远支持3000 万千米以上的距离

我国64米深空站投入使用后,对DFH3/CE-2平台的测控能力为:
S 频段上行最远支持大于3000 万千米. 下行全向最远支持大于3000 万千米; 定向6000 万千米
X 频段: 下行能力; 最远支持大于2000 万千米

更详细的说明:
从 测控角度分析, 嫦娥二号卫星进行更远距离飞行探测, 主要受测控与通信距离的制约. 根据嫦娥二号在日-地拉格朗日L2 点附近的Lissajous 轨道(距离地球约170 万千米)飞行条件下测控下行状态, 具有35 m 天线的测控站, S 频段测控全向下行可支持约1200 万千米; S 频段测控定向下行可支持约3000 万千米; X 频段测控可支持约1300 万千米, 而具有64 m天线的测控站, S 频段测控全向下行可支持约2000 万千米; S 频段测控定向下行可支持约5000 万千米; X频段测控可支持约2100 万千米.

发展预期是:
通信距离大于10 亿千米: 应用X 频段同时,加速发展Ka 频段测控: 提高星载应答机灵敏度和单机可靠度


基本可以说,2000万千米外对嫦娥二号测控已经难以为继了,就是接收信标信号确认嫦娥2号还存在。因为即使是64米天线,S频段全向下行也只支持2000万千米

轨道控制:
嫦娥二号卫星加注燃料约1302 kg, 比嫦娥一号多加105 kg, 比预算多加153 kg; 在轨实际的燃料消耗主要分配如下, 在在既定任务阶段消耗778 kg, 拓展任务阶段消耗486.2kg; 得益于发射、运行阶段的良好表现, 除多加153 kg, 拓展任务利用的燃料均来源于任务各阶段的节省量, 包括入轨精度高(发射零窗口、直接转移精度高)节省216 kg, 在轨运行阶段卫星控制精准节省55 kg、自主稳定运行节省65 kg(预算余量). 去除不可使用的残留量, 仅剩余约5 kg 燃料.

ps,我对从LLO到SEL2转移需要的ΔV算错了,转移需要的ΔV很大啊:
从月球出发到达日地L2 所需要的脉冲速度增量在670 m/s 左右, 如果一次加速, 重力损耗很大, 需采用多次加速减少重力损耗.

怪不得欧阳自远开始说2013年3月进行飞掠,原来这是最后期限:
任务要求寿命两年, 卫星设计评估寿命2~3 年,在轨飞行已超过20 个月, 若继续进行长时间在轨飞行, 则对卫星可靠性是严峻考验. 因而设计要求力争2013 年3 月前完成飞越小行星任务

由于深空站服役时间限制等因素,CE2没有在最好的时机脱离SEL2的Lissajous轨道前去4179小行星:
若 嫦娥二号卫星在2012 年6月中上旬从Lissajous 轨道离轨, 较好的出发时间在2012 年6 月7 日附近, 所需速度增量约87 m/s, 飞越Toutatis 小行星的时间在2012 年12 月13 日附近, 此时Toutatis 小行星距离地球最近约700 万千米. 若离轨出发时间趋向于2012 年5 月, 则所需速度增量将增加.

任务要求飞行关键时点(变轨、修正、飞越)尽可能通信无遮挡、地面可测控. 同时, 由于大型深空测控站在2012 年10 月前尚不支持远距离测控能力, 要求飞越时间在2012 年10 月后, 并且此前卫星距离地球不超过350 万千米

若从日-地拉格朗日L2 点Lissajous 轨道采用单次变轨直接飞向Toutatis 小行星2012 年6 月份具有较好的机会, 当然也存在其他时间区间的机会, 这里不再讨论. 然而, 根据嫦娥二号卫星飞越小行星拓展试验任务约束要求: 任务分两次机动实施

如 图6, 嫦娥二号卫星2012 年4 月15 日进行第1 次变轨机动, 所需速度增量为6.44 m/s, 2012 年5 月31 日(UTC)进行第2 次变轨机动, 所需速度增量为105.13 m/s, 12 月13 日飞越Toutatis 小行星, 飞越时距离地球约700 万千米.

嫦娥二号的机动把燃料消耗基本干净了:
嫦娥二号卫星于2012 年4 月15 日13:20(UTC)实施第1 变轨机动, 速度增量为6.2 m/s. 该机动实施后, 使得卫星进入一个新的Lissajous 轨道. 2012 年5月31 日18:00(UTC), 实施第2 次变轨机动, 速度增量为104.986 m/s, 该机动使得卫星进入飞向Toutatis
小行星的转移轨道.
2012 年7 月31 日, 卫星进行了第1 次轨道修正,速度增量为3.785 m/s; 2012 年10 月9 日进行了第2次轨道修正, 速度增量为0.828 m/s; 根据原计划,2012 年11 月10 日进行第3 次轨道修正, 但因所需速度增量小于门限而推迟; 2012 年11 月30 日, 嫦娥二号卫星执行了第3 次轨道修正, 速度增量为0.8 m/s;2012 年12 月12 日进行了飞越前最后1 次轨道修正与姿态调整, 速度增量为3.3 m/s. 2012 年12 月13 日8:30(UTC), 北京时间2012 年12 月13 日16:30, 嫦娥二号卫星近距离飞越4179 Toutatis 小行星,

如上,进入SEL2点剩余约120米/秒,用去了6.2+104.986+3.785+0.828+0.8+3.3=119.899。最后宣布只有5千克可用燃料,对比1169千克的探测器干重,能产生的Δv只有10米/秒左右,所以的确不能做什么了。

最后,根据天文观测者的消息:
http://www.projectpluto.com/pluto/mpecs/cheprobe.htm
Orbital elements:
2010-050A = SM999CF = Chang'e 2 probe
Perihelion 2012 Oct 2.795839 TT = 19:06:00 (JD 2456203.295839)
Epoch 2012 Aug 9.0 TT; AMR 0.027127 m2/kg Find_Orb
M 308.26322 (2000.0) P Q
n 0.94417344 Peri. 157.06254 0.98741317 -0.15814671
a 1.02904617 Node 212.03704 0.14446040 0.90744837
e 0.0061414 Incl. 0.23758 0.06439265 0.38926477
P 1.04/381.28d H 27.6 U 5.2 q 1.02272629 Q 1.03536605
From 44 observations 2012 Aug. 8-Sept. 6; mean residual 0".312.

半长轴1.02904617个天文单位,偏心率0.0061414(实际上比地球偏心率0.016675要小),远日点距太阳约1.55亿km,近日点距太阳约1.53亿km,周期381.28天。
嫦娥二号的总结 - squirrel - 松鼠的空天随笔
按目前的这个轨道,嫦娥二号每年拖后地球15度,所以从2012年开始,4年后肯定飞到L5点,然后12年后到L3点,20年后到L4点,24年后回到地球附近,2036年多少物是人非啊。
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