嫦娥二號向深空挺進

　　嚴俊坐在中國探月工程地面應用系統運控大廳里，桌上擺了一個閃閃發亮的衛星模型。此刻，這位探月工程首席科學家和他心愛的嫦娥二號，相隔150萬公里。

　　6月9日，嫦娥二號衛星飛離月球，飛往日地拉格朗日L2點，開始了新的使命。

　　在人類127次探月活動中，嫦娥二號不是最早的一次，卻是走得最遠的一次。而對于中國航天人來說，他們也從未如此近距離觸摸自己的理想。

　　新的征程

　　經歷77天的漫長旅程后，嫦娥二號于8月25日抵達日地拉格朗日L2點李薩如環繞軌道。

　　拉格朗日點是法國數學家拉格朗日于1772年發現的。在天文學上，它是指兩個天體的萬有引力和離心力保持平衡的點。理論上，每個這樣的雙天體系統中，都存在5個拉格朗日點，即L1、L2、L3、L4和L5。而L2點是指兩個天體的連線上，位于較小天體一側的穩定點。

　　“嫦娥二號選擇L2點，是因為L3、L4和L5距離較遠，而L1點離太陽近，容易受到太陽的干擾。而L2又是距離火星最近的一個拉格朗日點，能夠為將來的火星探測打一些基礎。”嫦娥工程測控系統VLBI分系統總設計師、中科院上海天文臺研究員張秀忠告訴《科學時報》記者。

　　“我們的既定目標是探索地月、近月空間環境，現在又擴展到宇宙深空環境。”對嚴俊等科學家來說，讓嫦娥二號進行“長途拉練”的決定，不僅讓這顆衛星成為世界上第一個直接從月球飛到L2點的航天器，也為他們的科學研究帶來了更多令人興奮的可能。

　　在飛往L2點的途中，嫦娥二號的部分有效載荷獲取了相應飛行弧段的科學數據。這些數據已于9月15日下傳。

　　9月16日，太陽風離子探測器、高能粒子探測器開機，而X射線譜儀、γ射線譜儀和微波探測儀等有效載荷也陸續開機，開始對L2點進行科學探測。根據目前的計劃，它們將為科學家獲取到地球遠磁尾150萬公里處的三維離子能譜數據、高能粒子數據、X射線數據、γ射線數據，并有望探測到太陽耀斑爆發的軟X射線和宇宙γ爆數據。

　　嚴俊稱，嫦娥二號在L2點的科學探測任務有望實現4個目標。第一，探測L2點低能離子能譜，研究地球遠磁尾結構、日冕物質拋射事件在行星際演化的動力學過程;第二，探測太陽高能粒子，研究空間高能粒子輻射環境;第三，探測太陽耀斑X射線，研究耀斑爆發物理機制;第四，探測宇宙輻射背景，積累宇宙背景基礎數據。

　　新的挑戰

　　嫦娥二號飛往L2點執行拓展任務后，中國成了繼美國和歐洲空間局之后，第3個對日地拉格朗日L2點進行探測的國家。對中國的航天事業來說，這是一大步。這一步的背后，凝聚著眾多科學家夜以繼日的工作。

　　熬夜幾乎成了嫦娥工程地面應用系統總設計師李春來的家常便飯。嫦娥二號的每一字節數據，都要通過地面應用系統來接收。

　　月地距離是38萬公里，但L2點李薩如環繞軌道到地球的距離為115萬～175萬公里，距離增加到原來的近4倍。“說實在的，我們還是第一次接收這么遠的數據。”李春來坦言，拓展任務給他們出了不小的難題。

　　距離越遠，信號衰減就越嚴重，數據的傳輸速率也越低。為此，李春來和他所供職的中科院國家天文臺工作人員進行了大量測算和測試實驗，對地面接收系統進行了優化和噪聲控制，校準了接收天線的指向，并通過降低帶寬實現數據接收，提高了地面系統數據接收的能力和精度。

　　然而，由于嫦娥二號上的7個有效載荷都是針對月球探測任務設計的，在L2點上，CCD相機、激光高度計都無法正常工作，無法滿足所有有效載荷同時開機探測的需求。

　　為能最大限度獲取空間環境探測數據，地面應用系統通過地面飛行仿真分析，對γ射線譜儀、太陽風低能離子探測器等有效載荷制定了合理的開機策略和工作模式。

　　“我們地面應用系統的主要任務，就是要對有效載荷進行管理和指揮，還要把嫦娥二號的所有數據都收回來，供科學研究使用。”

　　從去年10月到今年6月，8個多月的時間里，嫦娥二號發回了3.4T的原始數據，而各級衍生出來的科學數據共達到11T。“無論從數量還是質量上看，嫦娥二號的數據獲取工作都比一號要好。希望在科學家的努力下，會有更多、更好的科學成果產出。”李春來相信，在工程各系統大力協同下，嫦娥二號在L2點也會干得不錯。

　　不變的保障

　　在嫦娥二號任務執行過程中，測控系統肩負著“看得見、測得準、控得住”的重要職責，而每一次軌道修正、調整、變化都會消耗不少燃料。

　　想節省燃料，衛星的每個動作都需要“精打細算”。張秀忠告訴記者，嫦娥二號奔月過程中，原計劃的3次軌道修正只進行了一次，就準確將衛星送上了繞月軌道。這為嫦娥二號節省200多公斤燃料，使今天的深空拓展任務成為可能。

　　張秀忠的“秘訣”就是VLBI(甚長基線干涉測量技術)。它通過分布在不同地點的多臺望遠鏡在同一時刻觀察同一個點，以獲得延遲率和衛星的角位置，進而實現對衛星的精確定位。

　　在嫦娥二號從月球飛往L2點的過程中，原計劃要進行4次軌道修正，然而使用USB(測距測速數據定軌)+VLBI聯合測距測速技術后，工程人員只在6月20日對嫦娥二號進行了一次修正，就使衛星成功進入L2點運行軌道。

　　嫦娥二號的VLBI測軌工作由北京、上海、昆明和烏魯木齊的4架射電望遠鏡，以及位于中科院上海天文臺的VLBI指揮中心共同完成。“信號的衰減是距離的平方，因此，如果失之毫厘，就會差之千里。”張秀忠說，“但有了VLBI，我們就可以做到精密測角，進而實現5公里精度的定軌。”

　　在L2點工作期間，VLBI測軌分系統每周執行兩次測軌任務，以進一步驗證USB+VLBI技術的可靠性。“隨著距離的增加，VLBI的優勢將更為明顯。現在我們已經證明，VLBI不但可以應用于探月工程，在未來的深空探測中，這項技術也將發揮重要作用。”

　　屆時，借助嫦娥二號的翅膀，中國人的太空夢想又將飛向何處?