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重大科研活动

探月工程

探月工程

1.探月工程介绍

探月工程作为国家重大科技专项,是我国在发展人造卫星和载人航天之后,空间科学和技术发展的第三个里程碑。空间中心是探月工程的主要参研单位之一,承担了探月工程一期嫦娥一号有效载荷,探月工程二期嫦娥二号、嫦娥三号有效载荷的论证、总体设计和部分有效载荷的研制工作。

空间中心作为探月工程有效载荷总体单位,是联系科学家与有效载荷的桥梁,是联系卫星总体和有效载荷的纽带。空间中心以有效载荷的技术状态管理、产品保证质量管理、计划进度管理为中心,为有效载荷各个研制单位提供技术支持,同时在载荷与卫星系统、地面应用系统和测控系统之间建立起有效的沟通协调机制,确保高标准、高质量、高效率地完成有效载荷的研制任务。

空间中心在承担探月工程任务的过程中,精心组织,团结协作,在院内兄弟单位的支持下,有效载荷总体的职能得到了充分的发挥,建立健全了各项工程研制的规章制度,其中软件工程化工管理体系走在了前列。空间中心继承优良传统,敢于承担艰苦任务,在突破了一个又一个难关的同时也锻炼了队伍、培养了人才,具备了可持续发展的能力。

空间中心为探月工程成功实施所做出的巨大贡献得到了党和国家的高度认可:

l  2007年获“绕月探测工程突出贡献单位”称号

l  2008年获绕月探测工程“国防科学技术进步奖特等奖”

l  2010年获“探月工程嫦娥二号任务突出贡献单位”称号

l  2011年获中华全国总工会颁发的“全国五一劳动奖状”

 

 

2. 嫦娥一号任务

主要实现绕月探测,科学目标的重点为月球三维影像分析、月球有用元素和物质类型的全球含量与分布特点、月壤厚度探查以及地月空间环境探测。工程上的核心是实现从地球走向月球,充分利用我国现有成熟航天技术,研制和发射月球探测卫星,突破地月飞行、远距离测控和通信、绕月飞行、月球遥测与分析等技术,并建立我国月球探测航天工程初步系统。

空间中心承担了嫦娥一号卫星有效载荷的技术和管理总体工作,同时还开展了相关载荷和项目的研制工作,主要包括:

l  微波探测仪分系统

微波探测系统由微波接收机单元、微波数管单元、低端观测天线、高端观测天线组合、低端定标天线、高端定标天线组合、微波电缆组件共7台设备组成。主要对月壤的厚度进行估计和评测,这是国际上首次系统地采用被动微波遥感的手段对月表进行探测。高端观测天线组合包括3种频段,它和低端观测天线一起接收微波辐射信号;低端定标天线和高端定标天线组合的频段与观测天线相同,主要起到定标作用,它们都连接到微波接收机单元上,由微波接收机单元进行相应的探测信号处理;微波数管单元提供电源、控制、数据采集和传输功能。

l  空间环境探测分系统

空间环境探测系统由太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器A、太阳风离子探测器B 3台设备组成。主要探测地月和近月的空间环境参数。太阳风离子探测器A和太阳风离子探测器B具有完全相同的技术状态。空间环境探测的3台设备在轨运行时相对独立。太阳高能粒子探测器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,为研究太阳耀斑及太阳宇宙线服务。太阳风离子探测器用于探测太阳风等离子体的能谱,即太阳风等离子体的能量分布函数,从中引出平静和高速太阳风等离子体的特征量,如太阳风的体速度,离子温度以及数密度等。

l  有效载荷数据管理分系统

有效载荷数据管理系统是整个探月一号卫星有效载荷供配电、数据管理传输和控制的核心。它由载荷配电器、总线控制器、远置终端、大容量存储器、高速多路复接器5台星上设备组成。载荷配电器负责为有效载荷和数管设备供配电;总线控制器是有效载荷的控制中心,它控制和管理1553B数据总线通讯;大容量存储器存储全部有效载荷的科学数据,并对成像光谱仪的数据进行压缩;高速多路复接器负责各种科学数据的复接、信道的纠错编码、传输数据的伪随机化和传输桢的形成,其输出数据流经S波段数传发射机下行。

有效载荷数据管理系统是整个探月一号卫星有效载荷供配电、数据管理传输和控制的核心。它由载荷配电器、总线控制器、远置终端、大容量存储器、高速多路复接器5台星上设备组成。载荷配电器负责为有效载荷和数管设备供配电;总线控制器是有效载荷的控制中心,它控制和管理1553B数据总线通讯;大容量存储器存储全部有效载荷的科学数据,并对成像光谱仪的数据进行压缩;高速多路复接器负责各种科学数据的复接、信道的纠错编码、传输数据的伪随机化和传输桢的形成,其输出数据流经S波段数传发射机下行。

l  有效载荷地面综合电测分系统

嫦娥一号卫星有效载荷地面综合电测系统,是探月工程有效载荷分系统的一个组成部分,是支持有效载荷系统桌面电性能联试和参加卫星整星测试的专用设备,用于检测星载有效载荷设备的功能、工作状态及与卫星系统的匹配和协调工作能力。在有效载荷系统桌面联试中,该设备是系统级电性能的主要测试工具;在卫星系统电性能测试中,该设备是卫星测试设备的专用测试设备之一。负责有效载荷系统在模样、初样及正样研制阶段所组织的有效载荷桌面电性能联试和卫星系统组织的卫星系统初样星、正样星测试(包括电磁试验、振动试验、热真空试验)、以及发射场测试等。

 

 

 

3.嫦娥二号任务

嫦娥二号卫星作为探月工程二期的先导星,在嫦娥一号备份星的基础上进行适应性改造。根据嫦娥二号的任务要求,除大容量存储器为新研设备,其余由空间中心研制的微波探测仪、空间环境探测器、有效载荷数管的其他设备均根据任务需求进行了适应性改造。

微波天线

太阳风离子探测器

太阳高能粒子探测器

总线控制器

远置终端

高速多路复接器

载荷配电器

嫦娥二号大容量存储器相比嫦娥一号的存储容量提高3倍,数据存储及处理速率提高100多倍,如果沿用嫦娥一号的技术路线,实现起来虽然简单,但体积、重量会成倍增加,功耗会成几十倍增加。在研制进度非常紧张的情况下,研制团队突破了多项新技术,在存储容量和数据处理速率大幅提高的同时,体积和重量增加不到60%,功耗仅增加一倍。

大容量存储器

 

 

4.嫦娥三号任务

在嫦娥三号任务中,空间中心承担了着陆器载荷电控箱和巡视器有效载荷电控箱的研制工作。它们将两器上搭载的各载荷的电控箱进行了集成设计,通过集成一体的载荷电控箱实现有效载荷工作模式控制和数据处理,从而使着陆器有效载荷统一于着陆器数管分系统和电源分系统接口,巡视器有效载荷统一于巡视器综合电子分系统和电源分系统,并可适应其他新增的工作模式控制和数据处理需求。

载荷电控箱从优化系统设计,减少重量、降低功耗和减小体积,提高可靠性的目标出发,通过优化系统顶层设计,实现高性能高可靠的载荷电控箱实现系统资源共享,取代多个利用率低的电控箱,满足有效载荷的功能、性能和可靠性要求,有效降低和减少重量、功耗和体积,同时解决有效载荷系统面临的技术新和计划进度紧问题。

巡视器载荷电控箱

着陆器载荷电控箱

着陆器有效载荷地面综合测试系统和巡视器有效载荷地面综合测试系统需要完成对两器有效载荷系统的集成测试,及着陆探测器测试阶段有效载荷的综合测试,主要任务包括:有效载荷分系统在各个研制阶段的系统集成测试、综合测试,以及在发射阵地的测试。两器地面综合电测系统分别由探测器仿真设备、载荷数据处理设备、载荷故障诊断设备、载荷数据模拟源设备、自检设备以及有效载荷地面测试电缆网等部分组成,实现的功能有:探测器仿真、测试序列控制、地面数据处理、故障诊断、与探测器地面测试设备数据通信以及系统自检等。

空间中心联试大厅

 

 

5.空间环境预报

空间中心在嫦娥一号、嫦娥二号卫星飞行试验中,对发射运行期间的空间环境状态进行了监视、分析和预测,评估了各种空间环境要素对飞行器技术系统可能产生的影响;发布了空间环境的中期、短期预报和警报,为卫星的发射、奔月、绕月提供空间环境保障。