绕月探测器

“嫦娥一号”月球探测器

目标经过科学家多年论证，中国绕月探测工程的科学目标可概括为：（1）获取月球表面三维影像，（2）分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点，（3）探测月壤厚度和氦3资源量，（4）探测地月空间环境。

为实现绕月探测，需攻克诸多技术上的难点，这是对发展中国航天工程技术的又一次挑战。开展绕月探测，主要工程目标可概括为：

（1）突破月球探测的关键技术。主要包括研究地月飞行技术，验证航天器飞出地球并进入其他天体引力场的轨道设计与GNC系统技术；实施远距离测控和通信，为深空测控与通信打下技术基础；研究月球飞行的热环境条件，验证航天器的热设计，探索深空探测器的热控解决途径等。

（2）初步建立中国的月球探测工程大系统。包括月球探测器、运载火箭、地面测控通信系统、发射场系统和地面应用系统，根据月球探测的特点进行相应的整合与适应性修改，初步建立适应未来深空探测发展的工程大系统。

（3）验证各项关键技术，获取月球探测的宝贵工程实践经验，为未来深空探测积累技术基础。

（4）初步建立中国月球探测技术研制体系，培养相应的人才队伍，推动月球探测及深空探测活动的进一步开展。

“嫦娥一号”绕月探测器（图5-8），是利用一定高度的环绕月球的轨道，对月球进行遥感探测。包括进行月球科学探测，对有开发利用前景的月球能源和资源的分布与规律进行全球性、整体性及综合性的探测，并对月球表面的环境、地貌、地形、地质构造、月岩与月壤的成分和结构以及物理场进行探测。

组成一般包括科学探测仪器分系统、结构与机构分系统、制导导航与控制分系统、电源分系统、热控分系统、测控和数据传输分系统、数据管理分系统、推进分系统等。通过这些分系统的协同工作，才能保证整个探测任务的完成。

科学探测仪器分系统是实现科学探测的工具。包括各种光学、微波等探测仪器。

结构与机构分系统为探测器的所有其他分系统提供机械支撑，为各分系统的仪器设备提供安装的位置和方位及工作空间。一般包括主承力结构、辅支撑结构、展开锁定机构等。

制导导航与控制分系统的主要任务是保证探测器整个飞行期间在空间稳定，并保证一定的姿态。一般由敏感器、测量部件、控制计算机和执行机构等组成。

电源分系统是探测器所有仪器工作的能源供给。一般航天器的主要能源来自太阳能，同时借助蓄电池装置把电能储存起来。通过电源分系统，把电能统一调配后输送到各仪器设备。电源分系统一般由太阳电池翼、蓄电池和功率调节器等组成。

图5-8　“嫦娥一号”绕月探测器构型示意图

热控分系统是整个探测器的温度调节系统。任何仪器设备的工作都需要一定的温度环境，太冷太热都会使其失去功能。探测器在空间飞行时，处在真空环境，在太空冷背景（温度4K）下，不同的太阳光照射条件，不同的仪器工作方式，使探测器内部温度随之变化。对于受照严重的部分，需把热量导出以避免仪器被烧坏；对温度过低的部分，需进行加热保温，防止被冻坏。这些是热控系统必须完成的任务。热控分系统一般由传感器、热控部件等组成。

测控和数据传输分系统的主要功能是完成探测器的跟踪、测轨、遥测、遥控和数据传输任务，使地面站能知道探测器的飞行轨道、飞行和工作状态、对其进行控制、向地面传输探测数据等。主要包括接收/发射机、放大器和天线网络等。

数据管理分系统将探测器的测控、数据传输、数据处理、探测器电源与热控状态管理等任务综合在一个以计算机系统为主的系统中，用以实现各项功能的综合管理与调度。

推进分系统是探测器的动力系统。它根据制导导航与控制分系统的指令，开关各类发动机，实现探测器的轨道和姿态机动。一般包括发动机、燃料储箱和管路等。

总体构型“嫦娥一号”月球探测卫星将是中国发射的第一个月球探测器。它将以“东方红三号”卫星平台为基础，充分继承各类卫星的现有成熟技术和产品，并进行适应性改造。由于月球以及月球科学探测任务的特点，月球卫星相比于一般的人造地球卫星在轨道、测控、制导导航与控制分系统、热控分系统等方面都有自己的独特之处。预计卫星总重2350千克，本体尺寸2000毫米×1720毫米× 2200毫米，采用三轴稳定姿态控制，对月定向工作，在轨运行寿命大于1年。“嫦娥一号”卫星将携带CCD立体相机、成像光谱仪、激光高度计、γ/X射线谱仪、微波探测仪、太阳高能粒子探测器、低能离子探测器7类仪器完成科学探测目标任务。

图5-9　日本的“月神号”探测器艺术形象图

“月神号”绕月探测器

日本于2007年9月14日发射的“月神号”绕月探测器（图5-9），以研究月球起源、获取月表潜在资源信息为科学目标，以验证月球轨道的导航控制、数据中继等技术为技术目标，实现探测任务。“月神号”探测器由三个部分组成：主探测器和两个小卫星。主探测器用于完成对月球的科学探测任务，两颗小卫星分别用于甚长基线干涉测量和数据中继的技术验证。

“月神号”探测器发射总重2985千克，其中主探测器干重1700千克，两颗小卫星各50千克，主探测器携带有300千克的科学探测仪器，包括立体相机、磁强计、伽马射线谱仪等。主探测器将在距月面100千米高的极月圆轨道上运行1年。

“月船1号”月球探测器

“月船1号”是印度自己研制的第一个月球探测器，计划2008年发射，主要将进行月面三维成像，矿物与元素的分布光谱探测等科学探测（图5-10）。工作轨道为高度100千米的极月圆轨道，计划工作时间2年。发射质量为1050千克，干重525千克，携带有55千克科学仪器，包括立体相机、激光高度计、高能粒子探测仪等。

图5-10　印度的“月船1号”月球探测器形象图