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重大科研活動

探月工程

探月工程

  1、探月工程介紹

  探月工程作為國家重大科技專項,是我國在發展人造衛星和載人航天之后,空間科學和技術發展的第三個里程碑。國家空間科學中心(以下簡稱空間中心)是探月工程的主要參研單位之一,承擔的任務主要包括如下方面:

  (1)有效載荷總體;

  (2)星/器上有效載荷分系統集成管理控制系統;

  (3)有效載荷地面綜合測試系統;

  (4)部分科學探測載荷設備研制;

  (5)空間天氣保障任務。

  截止2019年,空間中心已完成嫦娥一號、二號、三號、四號等任務。

  空間中心作為探月工程有效載荷總體單位,是聯系科學家與有效載荷的橋梁,也是聯系衛星總體和有效載荷的紐帶。空間中心以有效載荷的技術狀態管理、產品保證質量管理、計劃進度管理為中心,為有效載荷各個研制單位提供技術支持,同時在載荷與衛星系統、地面應用系統和測控系統之間建立起有效的溝通協調機制,確保高標準、高質量、高效率地完成有效載荷的研制任務。

  空間中心在承擔探月工程任務的過程中,精心組織,團結協作,在院內外兄弟單位的支持下,有效載荷總體的職能得到了充分的發揮,建立健全了各項工程研制的規章制度,在各型號任務過程中逐步形成了一套適應有效載荷分系統產品研制特點的組織管理方法,為我國探月工程的順利實施作出了突出貢獻。在突破一個又一個技術難關的同時也鍛煉了隊伍、培養了人才,具備了可持續發展的能力。

  空間中心為探月工程成功實施所做出的巨大貢獻得到了黨和國家的高度認可:

  2007年獲“繞月探測工程突出貢獻單位”稱號

  2008年獲繞月探測工程國防科學技術進步獎特等獎

  2009年獲國務院頒發的繞月探測工程國家科學技術進步獎特等獎

   

  2010年獲“探月工程嫦娥二號任務突出貢獻單位”稱號(見上圖)

   

  2011年獲中華全國總工會頒發的“全國五一勞動獎狀”(見上圖)

  2011年獲工業和信息化部頒發的國防科學技術進步獎特等獎

  2012年獲國務院頒發的國家科學技術進步獎特等獎

   

  2014年獲中華全國總工會頒發的“工人先鋒號”(見上圖)

  2015年獲工業和信息化部頒發的嫦娥三號工程國防科學技術進步獎特等獎。

  2、 嫦娥一號任務

  主要實現繞月探測,科學目標的重點為月球三維影像分析、月球有用元素和物質類型的全球含量與分布特點、月壤厚度探查以及地月空間環境探測。工程上的核心是實現從地球走向月球,充分利用我國現有成熟航天技術,研制和發射月球探測衛星,突破地月飛行、遠距離測控和通信、繞月飛行、月球遙測與分析等技術,并建立我國月球探測航天工程初步系統。

  空間中心承擔了嫦娥一號衛星有效載荷的技術和管理總體工作,同時還開展了相關載荷和項目的研制工作,主要包括:

  (1)微波探測儀分系統

  微波探測系統由微波接收機單元、微波數管單元、低端觀測天線、高端觀測天線組合、低端定標天線、高端定標天線組合、微波電纜組件共7臺設備組成。主要對月壤的厚度進行估計和評測,這是國際上首次系統地采用被動微波遙感的手段對月表進行探測。高端觀測天線組合包括3種頻段,它和低端觀測天線一起接收微波輻射信號;低端定標天線和高端定標天線組合的頻段與觀測天線相同,主要起到定標作用,它們都連接到微波接收機單元上,由微波接收機單元進行相應的探測信號處理;微波數管單元提供電源、控制、數據采集和傳輸功能。

 

     

  (2)空間環境探測分系統

  空間環境探測系統由太陽高能粒子探測器、太陽風離子探測器A、太陽風離子探測器B共3臺設備組成。主要探測地月和近月的空間環境參數。太陽風離子探測器A和太陽風離子探測器B具有完全相同的技術狀態。空間環境探測的3臺設備在軌運行時相對獨立。太陽高能粒子探測器用于監測衛星軌道空間的高能帶電粒子(主要為質子、電子和重離子)成分、能譜、通量和隨時間的變化特征,為研究太陽耀斑及太陽宇宙線服務。太陽風離子探測器用于探測太陽風等離子體的能譜,即太陽風等離子體的能量分布函數,從中引出平靜和高速太陽風等離子體的特征量,如太陽風的體速度,離子溫度以及數密度等。

 

  (3)有效載荷數據管理分系統

  有效載荷數據管理系統是整個探月一號衛星有效載荷供配電、數據管理傳輸和控制的核心。它由載荷配電器、總線控制器、遠置終端、大容量存儲器、高速多路復接器5臺星上設備組成。載荷配電器負責為有效載荷和數管設備供配電;總線控制器是有效載荷的控制中心,它控制和管理1553B數據總線通訊;大容量存儲器存儲全部有效載荷的科學數據,并對成像光譜儀的數據進行壓縮;高速多路復接器負責各種科學數據的復接、信道的糾錯編碼、傳輸數據的偽隨機化和傳輸楨的形成,其輸出數據流經S波段數傳發射機下行。

 

  (4)有效載荷地面綜合電測分系統

  嫦娥一號衛星有效載荷地面綜合電測系統,是探月工程有效載荷分系統的一個組成部分,是支持有效載荷系統桌面電性能聯試和參加衛星整星測試的專用設備,用于檢測星載有效載荷設備的功能、工作狀態及與衛星系統的匹配和協調工作能力。在有效載荷系統桌面聯試中,該設備是系統級電性能的主要測試工具;在衛星系統電性能測試中,該設備是衛星測試設備的專用測試設備之一。負責有效載荷系統在模樣、初樣及正樣研制階段所組織的有效載荷桌面電性能聯試和衛星系統組織的衛星系統初樣星、正樣星測試(包括電磁試驗、振動試驗、熱真空試驗)、以及發射場測試等。

 

  3、嫦娥二號任務

  嫦娥二號衛星作為探月工程二期的先導星,在嫦娥一號備份星的基礎上進行適應性改造。根據嫦娥二號的任務要求,除大容量存儲器為新研設備,其余由空間中心研制的微波探測儀、空間環境探測器、有效載荷數管的其他設備均根據任務需求進行了適應性改造。

  

微波天線(左)、太陽風離子探測器(中)、太陽高能粒子探測器(右)

 

  總線控制器遠置終端

 

高速多路復接器(左)、載荷配電器(右)

  嫦娥二號大容量存儲器相比嫦娥一號的存儲容量提高3倍,數據存儲及處理速率提高100多倍,如果沿用嫦娥一號的技術路線,實現起來雖然簡單,但體積、重量會成倍增加,功耗會成幾十倍增加。在研制進度非常緊張的情況下,研制團隊突破了多項新技術,在存儲容量和數據處理速率大幅提高的同時,體積和重量增加不到60%,功耗僅增加一倍。

  

大容量存儲器

  4、嫦娥三號任務

  在嫦娥三號任務中,空間中心除承擔有效載荷總體任務以外,還承擔了著陸器載荷電控箱和巡視器有效載荷電控箱的研制任務,地面綜合測試系統任務。

  著陸器/巡視器有效載荷電控向將兩器上搭載的各載荷電子學進行了集成設計,通過集成一體的載荷電控箱實現有效載荷工作模式控制和數據處理,從而使著陸器有效載荷統一與著陸器數管分系統和電源分系統接口,巡視器有效載荷統一與巡視器綜合電子分系統和電源分系統接口,并可適應其他新增的工作模式控制和數據處理需求。

  載荷電控箱從優化系統設計,減少重量、降低功耗和減小體積,提高可靠性的目標出發,通過優化系統頂層設計,實現高性能高可靠的載荷電控箱實現系統資源共享,取代多個利用率低的電控箱,滿足有效載荷的功能、性能和可靠性要求,有效降低和減少重量、功耗和體積,同時解決有效載荷系統面臨的技術新和計劃進度緊問題。

 

  巡視器載荷電控箱(左)、著陸器載荷電控箱(右)

  著陸器有效載荷地面綜合測試系統和巡視器有效載荷地面綜合測試系統需要完成對兩器有效載荷系統的集成測試,及著陸探測器測試階段有效載荷的綜合測試,主要任務包括:有效載荷分系統在各個研制階段的系統集成測試、綜合測試,以及在發射陣地的測試。兩器地面綜合電測系統分別由探測器仿真設備、載荷數據處理設備、載荷故障診斷設備、載荷數據模擬源設備、自檢設備以及有效載荷地面測試電纜網等部分組成,實現的功能有:探測器仿真、測試序列控制、地面數據處理、故障診斷、與探測器地面測試設備數據通信以及系統自檢等。

  空間中心聯試大廳

  5、嫦娥四號任務

  嫦娥四號作為探月工程四期的首次任務,實現了人類首次月球背面軟著陸和巡視勘查,同時實現了首次地月L2點中繼星對地對月的測控、數傳中繼。嫦娥四號任務的科學目標包括:月基低頻射電天文觀測與研究;月球背面巡視區形貌和礦物組份探測與研究;月球背面巡視區淺層結構探測與研究。

  在嫦娥四號任務中,空間中心除承擔有效載荷總體、著陸器/巡視器載荷電控箱、地面綜合測試等任務以外,還承擔著中瑞(典)合作巡視器載荷中性原子探測儀(Advanced Small Analyzer for Neutrals, ASAN)及中德合作著陸器載荷月表中子與輻射劑量探測儀(Lunar Lander Neutrons & Dosimetry, LND)的國際合作任務。

  嫦娥四號國際合作任務中,空間中心兩個科研團隊分別與相應研究領域頂級的國際團隊實現“強強聯合”,在儀器研制、測試、總裝、科學探測任務規劃及科學數據共同開發利用等過程中進行了深度合作,出色完成了預定任務,取得重要成果。嫦娥四號國際合作項目的成功實施體現了中心在空間環境探測領域的先進水平,以及在國際合作方面的豐富經驗,也為后續任務中的國際合作工作樹立了重要范例。

  6、空間環境預報

  空間中心在探月工程歷次任務中,對發射運行期間的空間環境狀態進行了監視、分析和預測,評估了各種空間環境要素對飛行器技術系統可能產生的影響;發布了空間環境的中期、短期預報和警報,為衛星/探測器的發射、奔月、繞月提供空間環境保障。

 

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