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嫦娥二號的資料：

嫦娥二號衛(wèi)星，是中國第二顆探月衛(wèi)星、第二顆人造太陽系小行星，也是中國探月工程二期的技術先導星。嫦娥二號衛(wèi)星由中國空間技術研究院研制，是中國第一顆探月衛(wèi)星嫦娥一號衛(wèi)星的備份星，沿用東方紅三號衛(wèi)星平臺，造價約6億元人民幣。

嫦娥二號衛(wèi)星于2010年10月1日18時59分57秒在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由長征三號丙運載火箭成功發(fā)射升空并順利進入地月轉移軌道。

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嫦娥二號完成了一系列工程與科學目標，獲得了分辨率優(yōu)于10米月球表面三維影像、月球物質成分分布圖等資料。2011年4月1日嫦娥二號拓展試驗展開，完成進入日地拉格朗日L2點環(huán)繞軌道進行深空探測等試驗。此后嫦娥二號飛越小行星4179（圖塔蒂斯）成功進行再拓展試驗，嫦娥二號工程隨之收官。

可力化間位，資交權市火。

一、研制歷史

2007年12月17日，在嫦娥一號衛(wèi)星任務工程目標圓滿成功后，探月與航天工程中心組織各系統(tǒng)開展了備份星任務初步方案論證，并根據(jù)順序命名原則，將備份星命名為嫦娥二號。

2008年6月24日，嫦娥二號衛(wèi)星專題研究會召開。

2008年7月作為衛(wèi)星研制方的中國空間技術研究院完成第二輪總體方案論證工作并上報探月與航天工程中心。嫦娥二號衛(wèi)星最終被確定為以嫦娥一號衛(wèi)星為基礎，根據(jù)任務要求進行技術改進后，作為“探月二期工程先導星”，開展先期的飛行試驗。

2008年 10月經(jīng)國務院批準立項。

嫦娥二號衛(wèi)星從任務設計開始，歷經(jīng)方案、初樣、正樣、發(fā)射實施等階段，僅用了兩年多時間，完成了研制與發(fā)射實施任務。2008 年，主要完成了整星方案設計，開展了頂層策劃、技術狀態(tài)清理及復核、總體規(guī)范制訂等研制工作。開展了任務軌道設計、大系統(tǒng)間接口協(xié)調、分系統(tǒng)技術規(guī)范制訂、X 波段應答機等新產品技術攻關和針對任務要求和環(huán)境變化的專項試驗工作。

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在頂層策劃方面，完成了各階段、各層級技術流程、專項試驗、質量保證與風險控制等項目工作。衛(wèi)星系統(tǒng)直接進入正樣研制階段；新研單機及技術試驗分系統(tǒng)經(jīng)歷方案、初樣、正樣完整階段；由于大部分單機為提高性能指標方面的修改類或新研類產品，故有效載荷分系統(tǒng)從初樣起步。在關鍵技術攻關同時，設計、開展推進氣路及490 N 發(fā)動機延壽、近月太陽翼高溫適應性、時間延遲積分(TDI-CCD)相機速高比補償?shù)仍O計與驗證方面的15 項專項試驗。

2009 年，全面推進產品研制、系統(tǒng)集成和試驗驗證工作。完成了單機、技術試驗和有效載荷兩個分系統(tǒng)的初樣研制，完成了速高比補償對測定軌精度要求、15 km 軌道飛行大系統(tǒng)保證等專題協(xié)調，完成全部專項試驗。完成了正樣產品研制、總裝、AIT 階段電性能測試和軟件/FPGA 落焊工作。并行開展了軌道設計、空間單粒子效應防護等質量復查和復核復算，補充了“軌道設計、飛行程序、虹灣成像、監(jiān)視相機/紫外成像”等技術專題研究與協(xié)調。于2009 年8 月通過正樣設計評審。2010 年，研制隊伍完成了EMC、力學、熱真空等大型試驗，在衛(wèi)星系統(tǒng)自身得到了全面、充分驗證的基礎上，完成了與運載對接、測控對接、大系統(tǒng)無線聯(lián)試等大系統(tǒng)對接試驗，驗證了系統(tǒng)間接口的正確、匹配性，于2010 年6 月完成了質量復查和出廠評審。

2010 年7 月10 日，嫦娥二號衛(wèi)星進入西昌衛(wèi)星發(fā)射中心。

二、搭載性能

嫦娥二號衛(wèi)星系統(tǒng)有總體、綜合測試分系統(tǒng)和結構、熱控、制導/導航與控制(GNC)、推進、供配電、數(shù)據(jù)管理、測控數(shù)傳、定向天線、技術試驗（工程載荷）、有效載荷等13 個分系統(tǒng)。衛(wèi)星發(fā)射質量2480 kg，干重1169 kg，攜帶166 kg 載荷（含136 kg 有效載荷和30 kg 工程載荷）。[6]

新增性能

根據(jù)運載的發(fā)射能力，嫦娥二號衛(wèi)星發(fā)射重量相比嫦娥一號增加了130 kg，燃料能夠提供約2.3 km/s 的總速度增量；在測控數(shù)傳能力方面，使用了LDPC 編碼功能，相比卷積編碼提高增益約2.5 dB；新增了工程載荷數(shù)據(jù)傳輸通道，設計了最低為23.4375kbps 的多檔碼速率，可支持距地2000 萬千米以遠的數(shù)據(jù)傳輸。在機動飛行能力方面，在基于高精度加速度計的軌道控制技術基礎上，在加速度計的測量區(qū)間、姿態(tài)控制補償、燃料量預估等方面進行設計改進，提升軌道控制精度；采用實時和延時強制卸載手段，實現(xiàn)姿態(tài)與軌道的耦合控制；使用自主慣性對準功能，提高了軌道控制自主性；設計新增大推力軌道維持功能，在保證可靠的前提下，提高了控制精度和自主性。此外，將推進系統(tǒng)工作壽命從3 個月提升到6 個月以上。

三、太陽高能粒子探測器

嫦娥二號衛(wèi)星在軌運行期間，正值太陽活動高峰年，是探測研究太陽高能粒子事件、CME（日冕物質拋射，即太陽日冕中的物質瞬時向外膨脹或向外噴射的現(xiàn)象）、太陽風，及它們對月球環(huán)境影響的最佳探測時期。利用太陽高能粒子探測器和太陽風離子探測器，可獲取行星際太陽高能粒子與太陽風離子的通量、成分、能譜及其隨時空變化的特征，用來研究太陽活動與地月空間及近月空間環(huán)境的相互作用。為后續(xù)探月工程提供環(huán)境科學數(shù)據(jù)。

在嫦娥二號衛(wèi)星上，配合這七種有效載荷工作的還有一套管理系統(tǒng)，對這七臺儀器進行指揮、控制、管理，并采集數(shù)據(jù)。其中的大容量存儲器為這次新研制的設備，它的存儲容量由嫦娥一號的48GB增加到128GB，而且吞吐速率更高，處理速度更快。這樣使七種有效載荷的工作效率更高、數(shù)據(jù)更可靠。

四、推進系統(tǒng)

嫦娥二號推進系統(tǒng)采用高性能的雙組元推進系統(tǒng)，嫦娥二號推進系統(tǒng)配置1臺490N發(fā)動機，用于嫦娥二號衛(wèi)星的軌道機動；配置12 臺10 N 推力器，分為2 個分支互為備份，用于嫦娥二號衛(wèi)星的姿態(tài)控制和軌道調整；配置2 只推進劑貯箱——氧化劑貯箱和燃燒劑貯箱，分別裝填氧化劑(四氧化二氮)和燃燒劑(甲基肼)，為490 N 發(fā)動機和10 N 推力器提供需要的推進劑；配置1 套氣路系統(tǒng)，在490 N 發(fā)動機點火期間為推進劑貯箱提供穩(wěn)定壓力的氦氣，其中2 個氦氣瓶是存儲高壓氦氣的容器，通過一只減壓器將高壓氦氣減低并穩(wěn)定到貯箱工作所需的壓力，兩只單向閥用來阻止貯箱內推進劑蒸汽向減壓器擴散，避免因兩種推進劑蒸汽在減壓器下游接觸而發(fā)生爆炸的危險。

五、飛控支持系統(tǒng)

針對飛行任務的特點，首次系統(tǒng)性地提出了衛(wèi)星飛控支持系統(tǒng)的整體框架和設計思路： 基于數(shù)字仿真技術，解決相關關鍵部件的建模，使用統(tǒng)一的衛(wèi)星姿態(tài)軌道動力學模型進行驅動，將數(shù)學仿真子系統(tǒng)、飛控演練子系統(tǒng)、視景仿真工具等獨立模塊有機結合，通過系統(tǒng)集成創(chuàng)新，實現(xiàn)了功能全面、實用的飛控支持系統(tǒng)。既可以通過輔助分析工具和數(shù)學仿真進行關鍵飛行事件的任務輔助設計來實現(xiàn)策略生成的實時性要，也可以通過面向執(zhí)行層面的1:1 的飛控過程演練二者有效結合，實現(xiàn)有效預示飛控任務執(zhí)行效果的目的。

主要功能：

1) 衛(wèi)星姿態(tài)軌道動力學模型功能：飛控支持系統(tǒng)的動力學軟件環(huán)境具備精度高、自主選取的能力，可以根據(jù)軌道位置驅動，即根據(jù)軌道特性自主選擇主要軌道攝動力, 實現(xiàn)對動力學模型調整的自適應能力。

2) 輔助分析工具功能：基于數(shù)字仿真, 產生關鍵任務中的姿態(tài)控制策略，利用天體矢量計算、定向天線指向計算、太陽翼指向計算、姿態(tài)機動的軌道擾動計算、發(fā)動機推力計算、相機/星敏感器雜光抑制計算等數(shù)學模塊完成相關模擬計算。

3) 數(shù)學仿真子系統(tǒng)功能：不同于物理/半物理仿真系統(tǒng), 數(shù)學仿真子系統(tǒng)的設計完全軟件化，具有系統(tǒng)穩(wěn)定性好、執(zhí)行速度快、仿真結果一致性高等特點，能夠對正常模式的設計方案和故障模式策略方案進行多次仿真、驗證，獲得最優(yōu)設計，也能夠對不同飛行狀態(tài)的衛(wèi)星動力學模型建模的正確性進行及時驗證，在飛控策略的形成過程中，數(shù)學仿真子系統(tǒng)是一種有效的輔助設計工具。

4) 飛控演練子系統(tǒng)：飛控演練子系統(tǒng)是針對任務執(zhí)行層面的仿真. 其仿真環(huán)境包括“軟”、“硬”兩方面，核心是由星載計算機與動力學模型構成的星地對接系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以直接接收衛(wèi)星用數(shù)據(jù)塊，對飛控過程進行全時段實時仿真，預示飛控執(zhí)行過程，驗證飛控策略正確性、復核星上指令模塊的有效性。[12]

5) 視景仿真工具：視景仿真工具主要完成成像任務的預期成像效果，尤其是對于小行星飛越成像任務，視景仿真工具在動力學模型的驅動下，直接預示任務期間目標在視場中的尺寸、亮度、畸變、視運動情況、背景星空等效果，支持方案選取與仿真驗證。飛控支持系統(tǒng)的子模塊既可以聯(lián)合使用，對重要策略進行仿真驗證，也可以獨立使用，優(yōu)化任務參數(shù)。以飛越“圖塔蒂斯”小行星事件為例，給出飛控支持系統(tǒng)進行地面仿真驗證工作流程。

有效載荷

注：衛(wèi)星的有效載荷就是直接執(zhí)行特定衛(wèi)星任務的儀器、設備或分系統(tǒng)。

嫦娥二號衛(wèi)星共配置了5 類7 臺(套)科學探測儀器。使用了分辨率高的CCD立體相機；提高了激光高度計的空間分辨率和數(shù)據(jù)更新頻率。增加定標源、更換探測晶體，提高了γ/X 射線譜儀的探測精度，擴展探測種類。

六、任務及要求

嫦娥二號衛(wèi)星既定任務的飛行軌道包括直接地月轉移軌道，近月捕獲軌道，100km和100km×15 km使命軌道。擴展任務段包括月球逃逸軌道(調相軌道)、轉移軌道、日-地L2 點環(huán)繞軌道和小行星交會軌道等。

嫦娥二號衛(wèi)星除完成具有時間窗口唯一性的月球制動，還需要完成工程其他既定任務，包括后續(xù)著陸任務中動力下降前的所有軌道機動試驗；擴展任務包括環(huán)繞L2點飛行和4179小行星交會控制等。環(huán)月探測中兩次機動降軌試驗必須安排在不可測控弧段，從100km圓軌道降至100km*15 km橢圓軌道。

任務特點

衛(wèi)星整個飛行任務可劃分為相對獨立的7 個階段：射前準備階段、主動段、調相軌道階段、地月轉移階段、月球捕獲階段、環(huán)月工作狀態(tài)建立階段和環(huán)月運行階段。

1) 飛行過程控制復雜。嫦娥一號需要經(jīng)過380000km飛行過程實現(xiàn)月球捕獲，嫦娥二號衛(wèi)星則還需要經(jīng)過100km×100km和100km×15km試驗環(huán)月軌道。需要經(jīng)歷多次復雜的軌道和姿態(tài)機動，對衛(wèi)星軌道控制要求高。

2) 空間環(huán)境復雜。突出表現(xiàn)在月食問題，嫦娥一號衛(wèi)星在壽命期內，需經(jīng)歷兩次月食，每次月食的有效陰影時間在3h左右。在此期間，衛(wèi)星無法獲得光照能源，衛(wèi)星溫度會迅速降低，因此，對衛(wèi)星能源、溫度、整星工作模式要求高。

3) 三體組合控制模式復雜，衛(wèi)星環(huán)月期間，星體要對月定向，太陽翼要對日定向，定向天線要對地定向，因此對衛(wèi)星本體、太陽翼、天線的姿態(tài)控制要求高。

4) 新研和改進的設備多，嫦娥二號衛(wèi)星除包含嫦娥一號衛(wèi)星中的6 種有效載荷，還增加了技術試驗分系統(tǒng)，包括X 頻段應答機、降落相機等工程載荷，因此衛(wèi)星系統(tǒng)智能終端類型復雜，對衛(wèi)星的信息收集、存儲、壓縮、編碼等處理模式有特殊要求。

技術要求

為避免撞擊(月球山最高超過10km)，實現(xiàn)近月15km穩(wěn)定飛行也依賴自主可靠和高精度的軌道控制。而擴展任務的實現(xiàn)同樣需要高精度的軌道控制，如從月球軌道出發(fā)進入L2點的轉移軌道，對速度控制的敏感度較高。逼近小行星的控制除需要高精度軌控，同時對軌控策略的可靠性要求較高。

嫦娥二號衛(wèi)星使命軌道之一是100km*15 km橢圓軌道，由于衛(wèi)星在近月點的高度低、速度快，若軌道控制的誤差較大，就會導致近月點位置發(fā)生變化，而偏離興趣目標區(qū)域，也影響連續(xù)的測控條件保障；如果過大，甚至有衛(wèi)星撞擊月球的風險。因此嫦娥二號的軌道控制必須足夠精確。第1 次近月點制動具有唯一性，必須在近月點附近進行減速，否則衛(wèi)星將飛離月球，要想重新到達月球附近需要花費大量的燃料和時間，甚至根本無法實現(xiàn)； 且可靠的控制、穩(wěn)定的運行, 可節(jié)省燃料預算余量和減少燃料使用, 是實施擴展任務的基礎, 因此對衛(wèi)星提出了高可靠的要求.為確保變軌按計劃及時執(zhí)行，考慮到惡劣情況，在沒有地面測控支持時，衛(wèi)星也要具有一定的自主變軌的能力。特別是對擴展任務中的行星際飛行，遠離地球千萬千米之外，實時地獲取地面支持更不可能，因而提出了自主容錯及故障處理的能力。

七、工程意義

1、技術突破

（1） 設計并驗證了后續(xù)著陸任務中動力下降前的所有軌道與機動飛行控制技術，直接進入地月轉移軌道、首次使用X頻段測控、對嫦娥三號著陸區(qū)進行高分辨率成像。

（2） 針對月球不均勻重力場及高起伏地形環(huán)境，突破月球擬凍結軌道設計、衛(wèi)星自主慣性對準、機動軌道拼接等關鍵技術，首次成功實現(xiàn)100km 圓軌道和100km×15km軌道飛行，首次實現(xiàn)在月球背面無測控條件下主發(fā)動機點火變軌。衛(wèi)星軌道控制精度最高達到0.02%。

（3） 在國際月球探測中，首次采用時間延時積分（TDI）成像技術，設計了由地面行頻數(shù)據(jù)注入和測高數(shù)據(jù)輔助兩種速高比補償成像方法，獲得了7m分辨率的全月球立體影像；獲得了1.3 m分辨率的局部影像，達到國際先進水平。

（4） 創(chuàng)新研制首臺基于統(tǒng)一載波體制的X 頻段高靈敏度數(shù)字化測控應答機，實現(xiàn)了深空探測領域星載測控技術的多項突破。在軌試驗驗證了X 頻段深空測控體制和技術。突破了差分單向測距（DOR）干涉測量、X 頻段數(shù)字化應答機和地面S/X 雙頻段測控設備研制等關鍵技術，測速精度達到1mm/s、測距精度達到1 m，實現(xiàn)了7.8125 bps 極低碼速率遙控

（5）突破微小型智能化設計技術，首次實現(xiàn)了地月空間飛行過程監(jiān)視成像。首次實時獲取了太陽翼展開、天線展開/轉動、主發(fā)動機點火等關鍵環(huán)節(jié)的動態(tài)圖像，為后續(xù)重要飛行事件提供了可視化手段。

（6）首次在航天工程中于空間段應用了LDPC編譯碼，編碼增益和效率等主要指標優(yōu)于國際（CCSDS）標準，提高了中國在國際深空信道編譯碼領域的地位和話語權。

（7）首次在軌驗證了推進系統(tǒng)高壓氣路長壽命技術，為高強度（時間跨度半年以上，次數(shù)10 次以上）軌道機動及后續(xù)L2 點、小行星探測試驗奠定動力基礎。

（8） 首次突破探測敏感器、載荷一體化技術，利用成像敏感器完成星地大回路導航試驗。

（9） 在地月星和日地星雙三體復雜環(huán)境下，針對日、地引力平動點攝動復雜、軌道設計無解析解、測控距離遠等難點，攻克了非線性系統(tǒng)流形設計、低能量轉移軌道控制等技術, 實現(xiàn)了從月球軌道飛赴L2點的軌道設計、飛行控制和遠距離測控通信。在國際上首次實現(xiàn)從月球軌道飛赴日-地拉格朗日L2 點探測。開展了對地球遠磁尾離子能譜、太陽耀斑爆發(fā)和宇宙伽馬爆的科學探測。使我國成為繼美、歐之后第3 個實現(xiàn)L2 點開展空間探測的國家。

（10）突破距地1000萬千米遠的深空軌道和測控通信技術，首次實現(xiàn)行星際飛行。基于能量、距離和時間及目標物理特性等強約束，提出潛在小行星目標選取策略，在國際上首次設計并實現(xiàn)了逼近飛越探測方式及基于高速交會漸遠點凝視成像技術。國際上首次成功逼近飛越4179圖塔蒂斯小行星并獲取3m分辨率光學彩色圖像。

（11） 創(chuàng)新利用拉格朗日點伴地繞日特性，在衛(wèi)星推進劑、星地通訊距離、地面大天線進度等約束條件下，國際上首次實現(xiàn)從拉格朗日點轉移飛越小天體。

（12） 通過創(chuàng)新設計、全面驗證、精心實施, 充分利用衛(wèi)星剩余資源，發(fā)揮衛(wèi)星潛能，從月球到L2再到圖塔蒂斯，實現(xiàn)了具有國際特色和水準的多目標多任務探測，取得了“好、快、省”的突出實效。

（13）通過對以往研究成果的轉化、應用，開展國內外多站專項觀測，實現(xiàn)了目標小行星定軌和預報，精度達到國際先進水平。

2、科學成果

嫦娥二號攜帶了CCD 立體相機、伽瑪譜儀、太陽風離子探測器、高能粒子探測器等7 種科學載荷，獲取了高分辨率全月球影像、虹灣地區(qū)局部影像以及地月空間等約6 TB 原始數(shù)據(jù)，按照中國探月工程科學數(shù)據(jù)發(fā)布政策，已分級發(fā)布給包括港澳在內的中國相關高校和科研院所，將帶動中國月球和空間科學的深化研究科學數(shù)據(jù)的分析研究。現(xiàn)已取得了空間分辨率7 m 的全月球圖像、多種元素月面分布圖等多項重要科學成果?？茖W數(shù)據(jù)的分析研究是個長期的過程，經(jīng)過一段時間的研究，基于嫦娥二號獲取的數(shù)據(jù)，科學家們會進一步深化對月球科學及空間科學的認識和理解，為解答月球和太陽系起源等科學問題，得到更多的創(chuàng)新成果。

2012年12月13日16時30分，嫦娥二號衛(wèi)星經(jīng)過200d的跋涉和5次中途修正，與“圖塔蒂斯”近距離擦身而過，并成功獲取高分辨率完整圖像。該任務的成功實施創(chuàng)造了多項紀錄：第一次從拉格朗日點出發(fā)進行小行星探測；第一次對“圖塔蒂斯”進行近距離探測；第一次獲取關于“圖塔蒂斯”的高分辨率光學影像。

通過“嫦娥二號”的任務及拓展實驗，獲得了“嫦娥三號”的預選著陸區(qū)——虹灣地區(qū)的高分辨率圖象；驗證了在月球背面不可看到的情況下，采用主發(fā)動機大推力自主軌道的機動技術，為“嫦娥三號”軟著陸進行了技術驗證，也奠定了良好的基礎。

CCD立體相機獲得了月球虹灣地區(qū)的35軌空間分辨率約為1.3m的局域立體圖像，以及7m空間分辨率、100覆蓋的全月立體圖像，是迄今為止國際上分辨率最高、最清晰的全月立體圖像。

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