中国探月工程大揭秘嫦娥一号受控撞月，获得3D全月图（九）

　　嫦娥一号的任务，就是初探月球表面的月貌、月壤等相关数据。可任务才刚刚进行到了一半，飞行器的定轨误差，就突然开始变大，这会使得轨道的精确度不断下降。轨道精度的确定，是整个嫦娥一号飞控的基础。如果不能解决定轨误差问题，近月制动的精度，就无法得到保证。难道嫦娥一号飞行器，真的要迷失在太空中了吗？当然不会！卫星专家组对于这种棘手的问题，立马对定轨数据的环节，进行了多次的复核计算。在非常短暂的时间内，终于发现在地月转移轨道修正的控制过程中，没有及时将卫星的太阳定向模式，调整成恒星定向模式。这样的姿态调整，对飞行器的定轨误差，是至关重要的。需要通过卫星的发动机，喷气来协调完成。正因如此，发动机的喷气，所产生的速度增量。对飞行器的轨道数据精度，从而产生重要的影响。
　　随着地月转移飞行过程的进行，嫦娥一号离地球的距离不断增加，地球对嫦娥的引力不断减弱，月球的引力作用对嫦娥不断增强，飞行轨迹也逐渐偏离最初的椭圆形轨道。当嫦娥一号，进入离月球约七万千米远的半径范围时，月球引力就成为嫦娥一号的主导，地球引力就失去作用。嫦娥一号进入环月轨道，第一次近月制动，是确保安全的关键时期。飞控中心的轨道专家组，经过反复研究多种应急控制方案，最终选择了近月制动滞后控制和补充控制应急控制策略，以确保月球能够顺利捕获。如果滞后控制使嫦娥一号，因故障不能在近月点及时制动情况下再次制动，补充控制是在制动量不足的情况下再次控制。但是滞后控制和补充控制，都是飞过近月点后再点火，这会让实际控制效率降低，消耗更多的推进剂。
　　此时，嫦娥一号飞行器已经准备就绪。中国深空探测的真正起点，已呈现在眼前。尽管，现在的飞行速度比刚进入地月转移轨道时的速度已经降低了许多。但是，仍然达到了2.4千米/秒。嫦娥一号飞行器，在抵近月球的时候，需要对它进行有效的太空刹车操作。使之能够顺利地被月球引力捕获，成为月球的一颗卫星。近50年来，人类的探月征程中，航天器太空刹车的任务，只有近50％的成功率。这是中国人第一次操控探测器，进入月球轨道，其中的意义非常重大。为了有效降低操控的风险，嫦娥一号采取了三次，间断式的制动方式，逐步降低环月轨道高度。2007年11月5日10点15分，飞控中心的科学家们，将反复计算的变轨控制参数注入卫星。为了确保万无一失，反复控制参数，从上传的卫星上。再次下载到地面控制中心，进行核对校正。这才使得在10点40分，进行嫦娥一号的调姿发动机点火，使嫦娥一号的飞行制动姿态完美启动。
　　现在到了北京时间，上午11点15分09秒，490牛的轨控发动机，正在执行地面注入的预设时间，准备进行开机，达到预定速度增量后，进行正常关机。开机时长约21分20秒，与理论数据基本保持一致。根据飞控定轨的结果标定，第一次近月制动获得成功。嫦娥一号，被月球引力成功捕获，进入12小时绕月椭圆轨道。这一历史时刻，记载着中国人，终于有了第一颗，属于自己的环月卫星！11月6日11点35分，嫦娥一号进行了第二次近月制动。卫星进入了绕月3.5小时小椭圆轨道，并在这个轨道上绕行了7圈，一切正常。11月7日8点24分，嫦娥一号，第三次近月制动，最终进入了127分钟月球极月轨道。这个轨道接近圆形，离月球表面200千米。此时，嫦娥一号才算真正进入科学探测的工作轨道。我们把嫦娥一号称为探路者，是因为嫦娥一号，是我国第一个进入地月转移轨道的航天器，也是我国第一个被月球引力捕获的航天器。利用嫦娥一号拍摄的月球照片，成为我国第一次发布的高精度全月图，分辨率达到120米，是当时世界上公开发布的，精度最高的全月图。
　　就在2007年11月20号16点49分，飞控中心远程控制着嫦娥一号的光学成像探测系统，即立体相机开始开机工作，并开始进行图像数据下载工作。在地面飞控人员的焦急等待中，下载的图像开始一帧帧拼接起来，并逐渐显露出月球的真容。看着月球表面，起伏不平的地貌和各种形状、深浅不一的撞击坑时，很多在场的专家都感动得流下了热泪。一方面，这是我们中国人获得的第一幅月球表面照片。其次，是一种对月球，为人类赖以生存的地球，抵挡着来之，外太空的侵扰与陨石撞击。不计其数，伤痕累累，满目疮痍的感激。嫦娥一号在漫长的环月飞行期间，＂嫦娥一号＂一刻也没闲着，它利用携带的高精度CCD立体相机，把月球表面的光影山脉采集成高清像素，再通过计算机进行高度合成。嫦娥一号在2007年11月20号至2008年7月29号期间，共绕月飞行3000多圈，同时采取扫描的方式，嫦娥一号在1700多圈时，就开始进行了对月面的拍摄，完成了全面的图像获取工作。
　　为了嫦娥一号，能够获取高精度的全月图，飞控中心的专家们，充分研究了嫦娥一号，在200千米高度轨道，对月面成像的各种飞行姿态，以及相机延时开机、开机时刻特征点变化和分段拍摄，可能遇到的各种困难，都做好了提前预判和周祥的考虑。最终设计出详细完善的成像策略。方案分三个阶段开展月面成像工作。为了追求精益求精的效果，飞控人员针对清晰度、成像角度、覆盖区域有所偏差的图像数据，精心调整成像参数。利用每一圈可观测的机会，进行了补充拍摄工作，并严密监视相机工作状况，合理安排工作节奏，劳逸结合，最大限度地保障相机的工作效率。三维月球影像是如何获得的，卫星在飞行时，CCD立体相机，沿飞行方向对月表目标进行推扫式扫描，可以得到月表同一目标的三个不同角度的图像，这三个角度的图像，分别是星下点（正视）、前视17 、后视17 的三幅二维原始数据图像。图像经辐射定标，也就是将目标图像的灰度值转换为目标的实际亮度值，进行修正后，结合成像时的卫星位置和姿态，重构出月球表面的三维立体图像。
　　对于中国的探月工程，成功环绕月球只是第一步。嫦娥一号，还有很多科学探测的任务要完成，它需要在工作轨道上，长时间进行在轨实验。其中有一个问题，引起了飞控中心的高度关注。那就是在持续一年的环月飞行期间，会发生两次月食，即2008年2月21日和8月17日的月食。大部分航天器，都是依靠太阳能发电的，一旦嫦娥一号飞行器，进入阴影里面，就意味着失去能量来源，航天器就无法正常工作。尤其是月球本身也有阴影，如果月球的阴影和地球的阴影连接上了，或者两次阴影间隔时间较短，而来不及补充电量，卫星蓄电池的电能就会耗尽，就等于提前宣告卫星寿命的终结。月食是地球运行到太阳和月球中间、月球被地球的阴影所遮掩而产生的一种天文现象，在中国古代又被称为天狗食月。＂嫦娥一号，两小时左右绕月球转一圈，一小时有太阳照着，一小时被月亮挡住太阳。由于地球阴影的阻挡，＂嫦娥一号＂将无法得到太阳能，只能靠蓄电池储存的电能为设备供电。而在正常模式下，卫星的能源系统，无法提供五小时的连续供电。对嫦娥一号还有另一个严峻考验，就是来自月球的低温。
　　大家都知道，月球上的昼夜温差巨大，而卫星在月食阶段，处于阴影中，将直接面对太空-270 的低温环境，同时无法获得太阳红外和月球红外的加热。经历月食后，卫星设备的温度，将大幅度降低，甚至一些外露设备的温度，会降低到-190 ，很多设备的降温结果，将超出工作允许的最低温度。另外，受地球自转、月食发生时刻的影响，＂嫦娥一号飞行器＂在经历月食的过程中，国内测控站也不能全程跟踪和控制。嫦娥一号，为顺利度过月食所做的许多工作状态调整，只能靠卫星自主完成。若自主执行命令动作出现差错，也无法获得地面的修正。因此，在环境温度较低的条件下，需要无差错地执行每一项指令、能够稳定工作。这对嫦娥一号来说，是一项严峻的考验与挑战。月食是不可避免的，但是缩短月食内的阴影时间是可行的。这个问题，自然难不倒飞控中心的轨道专家组。经过精心分析设计，最终确定用＂月食调相＂的方案来解决这个难题。该方案的关键，在于如何准确选择调相的位置和时机。为了最大限度地节省卫星推进剂，并避免轨道调整太大，对科学探测产生影响，轨道专家组提出了一种调相控制方案，即通过提前10至20天，调整卫星轨道高度和月食出现时卫星的相位，以缩短月食产生的阴影时间。
　　时间到了2008年1月27号23点50分48秒，飞控中心控制＂嫦娥一号＂实施轨道控制，发动机工作60余秒，卫星轨道抬高近2000米，以应对23天后出现的月食。2月21日，这一天正是中国的元宵节，整个月球以及绕月卫星都会被地球挡住太阳光，这次轨道调整后，原来4小时的阴影时间缩短至2小时左右，＂嫦娥一号＂安全地度过了月食期。 ＂嫦娥一号＂承载着中国人千百年来的奔月梦想，是无数人心血和智慧的结晶。在完成全部探测和科研任务后，2009年3月1号，＂嫦娥一号＂累计飞行494天、5514圈，就在这一天，嫦娥一号将受控撞月，为什么选择受控撞月呢？其实，撞击月球是国际航天领域月球探测器结束使命普遍采用的方式。专家介绍，这样做的目的有两个：一是避免在月球轨道上留下航天器的残骸，防止＂太空垃圾＂碰撞未来的航天器，包括载人登月航天器；二是观察深度撞击后月壤的变化，寻找月壤深处水的证据。＂嫦娥一号＂以撞击月球这一悲壮的方式结束了它的使命。2009年3月1号16点13分，飞控中心长管团队发送了最后一条指令，实施撞月制动，将超出设计使用寿命129天的＂嫦娥一号＂送入了撞击轨道。经过37分钟的减速，卫星受控撞击月球丰富海区域，撞击点位于南纬1.50 、东经52.36 。＂嫦娥一号＂以这种悲壮的方式，结束了它绚丽的一生，成为消失在夜空中最亮的星。