与日本9月14日发射的“月亮女神”探测器相比,孙辉先认为,两者的探测目标互补。
“月亮女神”除主星外还有两个小卫星,是一箭三星,探测月表元素、矿物、月球空间环境等目标,与“嫦娥一号”相近,但“嫦娥一号”有探测月壤厚度的目标,“月亮女神”没有;“月亮女神”有探测月球结构的目标,“嫦娥一号”没有。
如果控制不好,就会出现撞击月球或飞离月球的可能
与中国已发射的近百颗人造卫星和六艘飞船相比,“嫦娥一号”将飞得更远、更快。它的目的地是距地球38.4万公里之遥的月球,而“神舟”飞船的轨道离地面只有300多公里。
焦维新教授告诉记者:“在探月工程之前,中国把卫星送至的最远距离大约是7万公里。”
飞得越远,需要摆脱的地球引力束缚越大。根据物理学家的计算,要想把一个物体发射到太空中,至少要达到2.8万公里的时速(即第一宇宙速度7.9公里/秒)才能进入近地轨道。
“嫦娥一号”虽然仍没有完全摆脱地球引力的束缚,但它需要从近地轨道转移至环月轨道,因此,在太空中飞行的最高速度也要大大超过所有的近地卫星。
据绕月探测工程卫星系统副总设计师孙泽洲透露,“嫦娥一号”在地月转移轨道入口的速度会达到10.9公里/秒左右。
“卫星从地球往月球转移的轨道,称之为地月转移轨道。”焦维新教授解释说——“嫦娥一号”发射后,先进入距离地面200公里的停泊轨道,围绕地球旋转,然后,等待时机加速转入地月转移轨道。最后,达到月球附近时,减速切入环月轨道,执行对月球的探测任务。
在进入环月轨道前,“嫦娥一号”需要进行9至10次的变轨。其中最为关键的是进入地月转移轨道时的变轨,以及进入环月轨道时的变轨。
这两次变轨均具有短暂性和惟一性的特点。如果控制不好,就会出现撞击月球或飞离月球的可能。因为,“嫦娥一号”的飞行路线并不是一条直线,所以它的飞行距离远不止38.4万公里。在这样漫长、复杂的太空旅程中,轨道的设计以及途中对火箭和卫星的控制、测量都是需要面对的难关。
“火箭与卫星在飞行当中必须有一个参考系,就像船在大海航行,必须有个灯塔指令航程,所以飞行过程中需要很多的参考机制,这些都是控制上的问题。”中国科学院院士、中国运载火箭技术研究院火箭弹道设计专家余梦伦说。
上世纪六七十年代,美国“阿波罗”载人飞船在轨道设计时,从宇航员保障考虑,尽量缩短行程的时间,来回只用了8天3小时18分钟,焦维新介绍说。
这次“嫦娥一号”在轨道设计上,对时间的考虑则显得从容得多。“飞到月球附近需要10至12天。”绕月探测工程卫星系统副总设计师孙泽洲说。
谈到与阿波罗计划的区别,焦维新说:“虽然轨道大同小异,但我们(指‘嫦娥一号’卫星)不是进入停泊轨道以后就直接加速进入地月转移轨道,还要经过几个大椭圆轨道,等待最佳变轨时机,这样既便于控制,又可以节省燃料。”
他进一步解释说,卫星在停泊轨道的速度大约是7.7公里/秒,如果一下子加大到进入地月轨道时所需的10.9公里/秒,速度的增幅过大,控制难度较大。但通过多次加速,经过几个大椭圆轨道,每次速度提高一点,便于控制。同时,选择最佳时机变轨,可以尽量减少对卫星速度的调节次数,降低能量的消耗。
除了轨道设计和控制系统之外,余梦伦指出,卫星是否适应此前没有遇到过的深空环境以及实现长距离的通讯,都是将要面临的考验。
月球上有很多矿产资源,特别是月壤中的氦-3
“嫦娥一号”完成绕月探测任务后,中国的探月工程将展开新的目标。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中,月球探测工程被设想为三期,简称为“绕、落、回”三步,2020年前后完成。