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在这之前

      嫦娥一号卫星于2007年10月24日由长征三号甲运载火箭成功发射，经过8次变轨后，2007年11月7日准确进入高度为200千米的极月圆轨道。作为我国首个探月卫星，嫦娥一号拍摄了中国第一幅全月图。在完成任务后，嫦娥一号受控撞月，结束了任务。

我是 嫦娥二号

       嫦娥二号，作为嫦娥一号的备份卫星，经过了一系列的技术改进，在月球探测和小行星探测的多目标探测任务中展现出我国深空探测事业的蓬勃发展，取得了许多优秀的科学成果，创下了多个我国深空探测的记录。

       嫦娥二号的定位是探月工程一期和二期的过渡阶段，降低探月工程二期的技术风险。嫦娥二号将首次尝试使用火箭把探测器直接送入地月转移轨道，将首次验证距月球100km高度近月制动捕获技术，将首次实验X波段深空测控技术。嫦娥二号将会获取分辨率优于10m的月球表面三维影像、探测月球物质成分、探测月壤特性。同时，嫦娥二号也会降低轨道，更加详细地对虹湾区域进行探测，验证月球着陆技术和快速轨道测定技术，为嫦娥三号在虹湾选取着陆点提供帮助。

探测器设计

1.推进系统

     嫦娥二号使用的是星用一代490牛发动机，推进剂为MMH/NTO，真空比冲为304.7s。为满足任务需要，对高压气路系统和发动机进行了改进，其使用寿命大幅提升。其实在嫦娥一号发射之前，嫦娥二号的推进系统就已经开始研制，但由于嫦娥二号的任务发生改变，距离发射时间又所剩无几，无法研制新的气路系统进行更换。最后提出了气路系统和490牛发动机长寿命验证技术，通过多种方法提出了推进系统的改进措施，在卫星原有基础上进行改进，以低成本和最小代价保障了嫦娥二号任务正常实施，按时交付卫星。

          嫦娥二号上使用的小推力器推力均为10牛，加上主发动机一共13台发动机

2. 科学载荷

CCD立体相机：获取月球三维影像是嫦娥二号的首要任务，CCD立体相机将完成这一任务，它将使用单镜头两视角同轨立体成像，镜头前后两视角夹角为25.2°。自2010年10月24日CCD相机首次开机以来，嫦娥二号共获取了607轨月球影像数据，获得7米分辨率全月球影像图和虹湾地区1.3米分辨率同轨立体影像图。

γ射线谱仪：γ射线谱仪探测月表元素自身衰变或受宇宙射线激发产生的γ射线，通过地面数据处理获得U、Th、K、Fe、Ti等元素的含量与分布。

X射线谱仪：X射线谱仪探测月表元素受太阳（包括太阳X射线和太阳高能粒子）激发产生的荧光X射线，通过地面数据处理获得Mg、Al、Si、Ca等元素的含量与分布。

太阳高能粒子探测器：太阳高能粒子探测器主要用于监测卫星轨道空间的高能带电粒子（主要为质子、电子和重离子）成分、能谱、通量和随时间的变化特征,为研究太阳耀斑及宇宙射线服务。

太阳风离子探测器：太阳风离子探测器可用于直接测量月球空间环境中的太阳风质子离子相空间分布。 通过所获得的相空间分布可以计算月球附近的太阳风物理参数，如密度 、温度等，从而通过与原始太阳风性质的对比来研究太阳风与月球表面的相互作用。

微波探测仪：微波探测仪获得了全月亮度温度分布图，其科学目标是获取不同深度月壤亮度温度，进而反演月壤特性。

激光高度计：激光高度计将获取卫星星下点月表高程数据，为立体相机工作 数的调整提供卫星相对月表高度数据。可以在10-125km高度范围内使用，分辨率小于1m。

3. 卫星数据

       嫦娥二号卫星由中国空间技术研究院制造，基于东方红三号卫星平台研制。其发射质量为2480kg，其中科学载荷占139kg，燃料加注量为1311kg。尺寸2000mm*1720mm*2200mm。卫星寿命为六个月。供电输出功率为1466W（末期，45°入射角）。两侧的太阳翼展开后总翼展达到18.1m，总面积达22.7m²。通过太阳敏感器，星敏感器和陀螺仪保持稳定。

        可以看到，上图中我们不能看到嫦娥二号顶部裸露的推进剂储箱，而在上上图中可以。这是在发射前为卫星盖上的热控多层，它将跟随着嫦娥二号升空。

       嫦娥二号的天线可以改变指向，从而保证与地面的通讯。

向着月球，出发！

      试问有哪次发射能在国庆节新闻联播的开头占据整整216秒呢？

       北京时间2010年10月1日18时59分57秒345毫秒，嫦娥二号乘坐着最早期的长征三号丙火箭，在新闻联播的片头曲中缓缓升空。此次发射为“零窗口”发射，其发射方位角为97.5°。T+127s，助推器分离，T+143s，一二级分离，T+255，整流罩分离。卫星暂时进入了一个高度约为200km，倾角为28.50°的近地轨道，很快便迎来了二级点火。发射后1353秒，嫦娥二号离开火箭，开始了飞向月球的旅程。飞行17小时后，也就是10月2日12时25分，嫦娥二号执行了一次中途修正，发动机点火70s，嫦娥二号的速度提高了16m/s。由于执行机动的精度高，原计划于10月3日、5日进行的轨道修正动作相继取消。

       2010年10月6日11时6分35秒，嫦娥二号在在北京航天飞行控制中心的精确控制下，卫星喷气停止自旋，开始实施第一次近月制动，32分钟后，卫星顺利进入周期约12小时，近地点高度120km，远地点高度8631km，倾角约90°的椭圆环月轨道（嫦娥二号推重比相对较小，点火减速过程中重力损耗较大，点火时长占轨道周期比重高，在近点点火期间也会明显的降低近地点高度。因此想进入100km圆轨道，第一次减速后近点必须要高于100km），分析得卫星入轨点位置偏差14km，速度相对偏差为1.2%。在离开月球近地点后，嫦娥二号执行了一次速度增量不超过40m/s的轨道平面改变机动。在此轨道上运行4圈后，10月8日10时45分，嫦娥二号卫星开始实施第二次近月制动，约17分钟后，卫星顺利进入周期约3.5小时，近地点高度约110km，远地点高度1830km的椭圆环月轨道。又在此轨道上运行了7圈，10月9日11时32分，嫦娥二号卫星成功实施第三次近月制动，顺利进入轨道高度为100公里，倾角约为90°，周期约为118分钟的近月极轨。在此之前，15日17时10分，嫦娥二号卫星上搭载的除CCD立体相机以外的六种有效载荷已全部开机，在轨测试完成后将陆续开展科学探测。

           嫦娥二号配有490牛发动机监视相机，太阳翼监视相机，定向天线监视相机。

       在环月的150天期间，嫦娥二号共执行了两次飞行姿态转换，三次轨道维持及月食控制。

       2010年10月26日，嫦娥二号进行了两次降轨。21时45分，嫦娥二号四台10N推力器点火18分31秒，将近地点高度降低至15km，以近距离观测虹湾，同时嫦娥三号使用的降落轨道也是15*100km的椭圆轨道。由于要让近地点位于虹湾附近，嫦娥二号需要在月球背面进行降轨，而机动执行期间无法对探测器进行应急处置。因此采用控制点偏置的非对称控制技术，将关机点调整至测控弧段内，满足了卫星应急处置要求，确保了“嫦娥二号”降轨控制的安全。10月29日10时36分，在虹湾上空运行16圈后，嫦娥二号再次回到100km极地圆轨道，卫星转入长期管理阶段，从事长期科学探测工作。2011年4月14日和15日，嫦娥二号进行了两次滚到激动，解决了嫦娥一号对月球极地成像的两个缺口，同时修正轨道倾角。此时卫星还有约1100m/s的速度增量。

更多嫦娥二号拍摄的图片可以在这个网站找到http://gfplatform.cnsa.gov.cn/n112/n117/c6688325/content.html

再启程！

         嫦娥二号在环月轨道完成既定任务后，她将再次启程前往日地拉格朗日L2点。

        这是人类史上首次从环月轨道前往拉格朗日点，这样的转移对于中国来说也是史无前例的。若成功，这将是中国首次探测拉格朗日点。此时，嫦娥二号正位于半长轴1835.4km，偏心率0.0092，倾角83.9°的环月轨道上，剩余燃料质量为820.3kg，剩余推进剂可提供速度增量约为867m/s。

       嫦娥二号的日地平动点任务的转移轨道设计约束考虑转移轨道和目标轨道设计的各项约束，主要包括卫星星体初始状态、初始轨道、光照、月食等约束。而典型低能量转移轨道有三种：

1.从月球逃逸后直接进入日地L2点环绕，转移时间约30～40天。

2.月球逃逸后，先进入地月L2点或者L1点李萨如轨道，然后通过机动建立转移到日地L2点的环绕轨道，转移时间约为60～80天。

3.介于上述两种转移轨道之间，经过地月系平动点的不稳定区，但没有进入地月系李萨如轨道，而是直接进入日地L2点李萨如轨道，其转移时间介于前两种之间。

第一种转移方式稳定性较好，第三种转移方式需要的推进剂最少，而最后科学家们选择了第一种方案。2011年6月10日有最小转移速度增量670m/s。

        UTC时间 2011年6月8日14时许，嫦娥二号执行了第一次加速机动，点火了1545秒。控制卫星从月面高度 100 公里、周期 118 分钟的环月圆轨道，进入远月点高度 3583 公里、 周期 5.3 小时的椭圆过渡轨道，速度增量约为 380.5m/s。6月9日7时许，嫦娥二号执行了第二次加速机动，这使得嫦娥二号能够从月球逃逸，进入日地L2点李萨如轨道的转移轨道，对月倾角为83.467°。加速持续了1351秒，速度增量为332.2m/s。

       嫦娥二号向南离开月球环绕地球的轨道，随后向北运动，逐渐远离地球。6月20日，嫦娥二号执行了一次修正机动。8月25日，嫦娥二号执行了L2点绕飞捕获机动，速度增量为3.6m/s。本次转移转移段历时 77 天，距地球距离从 40 万公里增加到 170 万公里，卫星保持状态稳定，星上各系统工作正常，其间星上空间科学探测设备采集了飞行轨道空间环境探测数据。

飞向小行星

        嫦娥二号在日地L2点李萨如轨道运行了200 余天，完成了多项科学探测和工程试验任务。此时的卫星仍然留有一定燃料。科学家们开始考虑进一步的拓展任务，开始对有可能可以飞掠的小行星进行筛选。首先考虑到测控和数据传输的距离问题，飞越时小行星距离地球应小于1500万千米，且飞越时间在2012年10月后才能提供支持，从而搜索满足2012年10月~2013年6月与地球最近距离小于1500万千米的目标。总共搜索到51颗满足条件的小行星。同时，嫦娥二号将使用太阳能帆板的监视器作为小行星探测的主要探测，为了保证图像质量，任务要求飞越的目标小行星直径大于1 km，反照率需达到一定程度，且轨道参数确定。

       综合考虑以上因素后，最终确定了三颗小行星作为备选目标。（242643）2005NZ6，（285263）1998QE2，(4179) Toutatis。其中前两颗小行星反照率参数欠缺，但有充足时间开展观测，因此入选备选目标。而图塔蒂斯小行星是备选目标中直径最大的小行星，同时反照率有明确的参数——0.13。最后再考虑到探测器剩余速度增量为120m/s，排除了1998QE2，最终选择了图塔蒂斯小行星。

       图塔蒂斯小行星属于近地小行星里面的Apollo型小行星，它的半长轴超过1AU，而会穿越地球轨道，其远地点超过了火星轨道。它的倾角很低，只有0.446°，半长轴为2.53AU，偏心率0.63。它轨道周期为4.02年，而近地点在地球轨道附近，因此每四年就会解决一次地球。

        2012年4月15日，在日地L2点环绕了1.5圈后，一次速度增量为6.44m/s的轨道调整机动使得嫦娥二号进入了一条近似L2环绕轨道。如上图粉线所示，若接下来不执行任何机动，嫦娥二号将脱离L2点环绕轨道。2012年5月31日，嫦娥二号执行第二次轨道机动，速度增量为105.13m/s，随后向北脱离轨道平面，飞向图塔蒂斯小行星。

       在飞向图塔蒂斯小行星的过程中，嫦娥二号共执行了3次轨道修正机动。

        2012年12月13日16时29分55秒，嫦娥二号在距离地球700万千米的地方与图塔蒂斯小行星擦身而过，其相对速度极快，达到了10.73km/s。而小行星极小。若你坐在嫦娥二号上观察小行星，可能要等到飞掠前最后几十秒才能真正看清它的样子。刚开始公布的最近飞掠距离为3.2km，但后续通过分析，一个小组的结果是1564m，不确定度只有10m。嫦娥二号启动了她的监视器相机，这个仅重358g的工程相机拍下了中国航天史上极具纪念意义的经典照片。整个飞越拍摄过程历时25分钟，国家天文台密云站的50米口径天线完成了此次探测活动数据接收工作。

       从12月13日17时34分地面接收到了第一帧探测数据开始，至当日23时35分，共接收到了262M比特的探测数据，这些数据是飞越小行星探测时最关键的50秒过程中拍摄到的图像，也就是从交会时刻开始后的50秒数据。当日完成数据接收后，地面应用系统在半个小时内完成了全部数据的信道解码和数据恢复工作，并将数据及时发送给了有关单位，首幅有效图像于当晚20时前后处理完毕。至此，“嫦娥二号”飞越小行星的探测数据接收处理获得了圆满成功。嫦娥二号发现图塔蒂斯小行星是一个布满碎石堆的小行星，有两个天体聚合而成，后来又被一个直径为50m的天体撞击，形成了一个800m的撞击坑。2013年2月28日10时18分，嫦娥二号卫星与地球间距离成功突破2000万公里。嫦娥二号成为我国第一个真正意义上的深空探测器，我国继美国，ESA和日本后成为第四个探测小行星的国家（组织）。

       在此之后，嫦娥二号进入了一个周期为388.211天的太阳环绕轨道，其近地点在地球轨道附近，而远地点超过了地球轨道。巧合的是，在2016年中旬，嫦娥二号将会在日地拉格朗日L5点与图塔蒂斯小行星再次会合。到2029年6月，嫦娥二号到达的地球最近距离为770万千米，是地月距离的20倍！接着，嫦娥二号将再次离开地球。如果嫦娥二号还能有一定的速度改变能力，则能在2029年返回日地拉格朗日点甚至回到地月转移轨道。

       在飞掠图塔蒂斯小行星后，嫦娥二号只剩下约5kg推进剂，只能产生不到10m/s的速度增量，无法进一步开展拓展任务。测控网将在尽可能长的时间内对嫦娥二号进行观测，为日后的火星任务进行经验积累。直到2013年6月底，嫦娥二号距离地球5000万千米而地面仍可以对其进行测控。2014年2月，嫦娥二号进入休眠状态。

总结

       嫦娥二号的多目标探测开创了我国深空探测的多个第一。在一个卫星上完成如此多的任务极大的考验了我国的测控定轨技术、轨道设计能力和应对突发情况的能力，标志着中国在深空探测领域突破并掌握了一大批新的具有自主知识产权的核心技术和关键技术，为后续实施探月二期工程的“落”和“回”以及下一步开展火星等深空探测奠定了坚实技术基础。

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封面与部分截图来自Kerbal Space Program