嫦娥二号

嫦娥二号（英文：Chang'e 2^[3]），是中国探月计划中的第二颗绕月人造卫星，也是中国探月工程二期的技术先导星，原为嫦娥一号的备份星，以中国古代神话人物嫦娥命名。^[6]

嫦娥二号卫星重量为2480公斤，环绕月球飞行的轨道高度为100千米，设计寿命为半年，总经费投入约9亿元人民币。^[7]2010年10月1日，嫦娥二号在搭乘长征三号丙火箭西昌卫星发射中心发射升空。^[2]同年10月6日，嫦娥二号卫星开始实施第一次近月制动，并顺利进入椭圆环月轨道。^[8]2011年6月9日，“嫦娥二号”完成预定各项探测任务并飞离月球轨道。^[6]2012年12月13日，嫦娥二号在距离地球约700万公里外的深空，与4179号小行星（Toutatis）交会并捕获小行星影像，完成了4179号小行星国际首次近距离的光学探测。该卫星预计2029年再次飞回地球附近700万公里处。^[6]

嫦娥二号任务的圆满成功。标志着中国在深空探测领域突破并掌握了一大批新的具有自主知识产权的核心技术和关键技术，为后续实施探月二期工程的“落”和“回”以及下一步开展火星等深空探测奠定了坚实技术基础，中国从航天大国迈向航天强国的进程又跨出了重要的一步。^[9]

嫦娥一号任务取得圆满成功之后，2008年2月15日，中央正式批准了以“落月探测”为目标的探月工程二期立项，并成立了探月二期工程领导小组。相比一期绕月探测，二期落月探测要实现月面软着陆和月面巡察，任务更艰巨，技术难度更大，风险更高。6月25日，中国空间技术研究院确定将嫦娥一号备份星进行改进，作为二期工程技术先导星，验证二期工程部分关键技术，并依据发射顺序，将该任务命名为嫦娥二号任务。^[1]

2008年，嫦娥二号整星方案设计完成，开展了顶层策划、技术状态清理及复核、总体规范制订等研制工作。开展了任务轨道设计、大系统间接口协调、分系统技术规范制订、X波段应答机等新产品技术攻关和针对任务要求和环境变化的专项试验工作；在顶层策划方面，完成了各阶段、各层级技术流程、专项试验、质量保证与风险控制等项目工作；卫星系统直接进入正样研制阶段；新研单机及技术试验分系统经历方案、初样、正样完整阶段。^[10]

由于大部分单机为提高性能指标方面的修改类或新研类产品，故有效载荷分系统从初样起步。在关键技术攻关同时，设计、开展推进气路及490N发动机延寿、近月太阳翼高温适应性、时间延迟积分（TDI-CCD）相机速高比补偿等设计与验证方面的15项专项试验。^[10]

2009年，全面推进产品研制、系统集成和试验验证工作。完成了单机、技术试验和有效载荷两个分系统的初样研制，完成了速高比补偿对测定轨精度要求、15km轨道飞行大系统保证等专题协调，完成全部专项试验。同年，完成了正样产品研制、总装、AIT阶段电性能测试和软件/FPGA落焊工作。并行开展了轨道设计、空间单粒子效应防护等质量复查和复核复算，补充了“轨道设计、飞行程序、虹湾成像、监视相机/紫外成像”等技术专题研究与协调。于8月通过正样设计评审。^[10]

2010年，研制队伍完成了EMC、力学、热真空等大型试验，在卫星系统自身得到了全面、充分验证的基础上，完成了与运载对接、测控对接、大系统无线联试等大系统对接试验，验证了系统间接口的正确、匹配性，于6月完成了质量复查和出厂评审。7月10日，嫦娥二号卫星进场。按照发射场测试流程，完成了卫星发射前的全部技术准备。^[10]

嫦娥二号主要任务为完成六大工程目标和四大科学目标。^[11]

突破运载火箭直接将卫星发射至地月转移轨道的发射技术。突破直接进入奔月轨道的弹道设计技术、运载火箭低温三子级滑行时间可调技术，利用长征三号丙运载火箭将卫星直接送入地月转移轨道，降低二期工程后续任务的实施风险。^[11]试验X频道深空测控技术，初步验证深空测控体制。在嫦娥二号卫星上搭载X频段应答机，与我国X频段地面测控设备配合，验证X频段测控体制，为嫦娥三号任务积累工程经验。^[11]验证100公里月球轨道捕获技术。选择与嫦娥三号任务相似的奔月、月球捕获轨道，通过实际飞行掌握直接奔月和100公里近月捕获技术，为嫦娥三号任务探索技术途径；嫦娥二号卫星在100公里轨道长时间运行，探测100公里轨道空间环境，积累更多的近月空间环境数据，提高月球探测热红外分析模型的准确性。^[11]验证100公里×15公里轨道机动与快速测定轨技术。开展100公里×15公里轨道机动试验，验证嫦娥三号任务着陆前在不可见弧段变轨的星地协同程序；在100公里×15公里轨道飞行期间，验证100公里×15公里轨道快速测定轨能力，这些测定轨数据对深入研究月球重力场分布，提高重力场模型精度有重要意义。^[11]试验低密度校验码（LDPC）遥测信道编码、高速数据传输、降落相机等技术。配置降落相机，校验其对月成像能力；试验强纠错能力的LDPC信道编译码技术，提高卫星遥测链路性能，为探月工程和其他深空探测项目提供技术储备；将卫星数传码速率提高至6Mbit/s，试验12Mbit/s，以期满足数据传输量增大的需求。^[11]对嫦娥三号任务预选着陆区进行高分辨率成像试验。在100公里×15公里轨道，CCD立体相机在15公里近月点处对嫦娥三号任务预选着陆区进行优于1.5米分辨率成像试验；在100公里圆轨道，对预选着陆区进行优于10米分辨率成像。利用预案着陆区月表图像，绘制三维地形图，有利于定量评估预选着陆区的特性，提高嫦娥三号任务着陆安全性。^[11]

获取月球表面三维影像，分辨率优于10米。利用CCD立体相机获取高分辨率的月球表面三维影像，结合激光高度计获取的月表地形高程数据，可获取月球表面高精度地形数据，为后续着陆区优选提供依据，同时为划分月球表面的地貌单元精细结构、断裂和环形构造，提供原始资料。^[11]探测月球物质成分。利用经技术改进的γ射线谱仪和X射线谱仪，可以探测月球表面9种元素——硅、镁、铝、钙、钛、钾、钍tǔ、铀yóu的含量与分布特征，获得更高空间分辨率和探测精度的元素分布图。^[11]探测月壤特性。利用微波探测技术，测量月球表面的微波辐射特征，获取3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz、37GHz的微波辐射亮度温度数据，估算月壤厚度。^[11]探测地月与近月空间环境。嫦娥二号卫星在轨运行期间正是太阳活动高峰年，是探测研究太阳高能粒子事件、CME、太阳风，及它们对月球环境影响的最佳探测时期。利用太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器，获取行星际太阳高能粒子与太阳风离子的通量、成分、能谱及其随时空变化的特征，可研究太阳活动与地月空间及近月空间环境的相互作用；获取地月空间环境数据，可为后续探月工程提供环境科学数据。^[11]

嫦娥二号卫星系统有总体、综合测试分系统和结构、热控、制导/导航与控制（GNC）、推进、供配电、数据管理、测控数传、定向天线、技术试验（工程载荷）、有效载荷等13个分系统，卫星发射质量为2480千克，干重1169千克，其中包括166千克的有效载荷（含136千克有效载荷和30千克工程载荷）。设计寿命为半年。安装了一个推力为490牛的主发动机和12个推力为10牛推力器，搭载了技术改进后的伽马射线谱仪、X射线谱仪、校准天线和激光高度计，还使用了高灵敏度（15千米分辨率为1米；100千米分辨率为10米）的相机，包括1台下降相机，1台广角相机和4台小相机，相机的视野范围可以覆盖到发动机和太阳翼。^[7][12][10]

参考资料^[10]

嫦娥二号共搭载了七种有效载荷，分别是CCD立体相机、激光高度计、γ射线谱仪、X射线谱仪、微波探测仪、太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器。^[13]

用于获取月球表面及“嫦娥三号”卫星备选着陆区高分辨率图像。^[13]

激光高度计主要用于对全月球进行较为详细的三维地形测量。^[13]

γ射线谱仪主要通过测量月表物质的γ射线，探测有用元素的含量和分布。^[13]

X射线谱仪的功能是通过测量月表物质的荧光X射线谱，获得月球表面有用元素的含量和分布。^[13]

微波探测仪主要用于测量不同深度的月球土壤微波辐射亮温，进而反演出月壤厚度的信息。^[13]

太阳高能粒子探测器主要通过对来自太阳的带电粒子通量的分析，获得地月空间环境的科学数据。^[13]

太阳风离子探测器主要探测原始太阳风离子能谱等反映地月空间环境的重要数据。^[13]

嫦娥二号突破了多个关键技术，包括基于三体系统流形理论的低能量转移轨道设计、基于能量、距离和时间等强约束的潜在小行星目标选取策略、逼近飞越小行星设计及基于高速交会渐远点凝视成像技术等。此外，还需以比以往跨越数量级方式，突破推进剂利用、轨道测量与控制、信道预算等方面的高精度技术。首次转化创新应用了基于地基光学望远镜的小行星观测与定轨技术。^[10]

嫦娥二号任务选用长征三号丙火箭在西昌卫星发射中心发射，由运载火箭将卫星直接送入近地点高度200公里、远地点高度约38万公里的奔月轨道。相比嫦娥一号先发射到地球附近的调相过渡轨道，再经过多次调整进入奔月轨道，嫦娥二号取消了调相轨道飞行，改为直接进入地月转移轨道，节省了7天时间。^[11]

嫦娥二号卫星在奔月途中，将视情况进行2-3次轨道修正，以保证与月球准确交汇。经过约112小时的奔月飞行，当卫星到达距月球100公里的近月点实施三次近月制动，进入高度100公里、倾角90°的环月工作轨道。相比嫦娥一号在200公里处的近月捕获，嫦娥二号实施近月捕获时飞行速度更快、轨道更低、制动量更大，同时月球不均匀重力场对卫星轨道的摄动影响也相应增大，大大提高了对卫星制动控制精度的要求。^[11]

在嫦娥二号任务实施过程中，将首次试验低密度校验码（LDPC）遥测信道编码技术，以提高星地通信能力；首次试验X频段测控体制和校差差分单向测距等技术，以提高卫星测定轨精度；首次开展紫外敏感其自主导航、高速数据传输等试验、为后续探月及深空探测任务积累重要的技术基础。^[11]

新研制的TDI-CCD相机，能够将图像分辨率从嫦娥一号的120米提高到10米左右，在15公里轨道处能达到1.5米。TDI-CCD相机采用多条线阵CCD对同一目标多次曝光的原理，以满足分辨率提高对相机曝光控制要求，是我国相关载荷研制技术的一个重要突破。^[11]

直接地月转移轨道重构技术：北京中心对不同入轨偏差进行各种分析计算，保证了入轨大偏差下的卫星成功飞向月球。^[14]

姿控力精确补偿定轨技术：有效攻克了因频繁姿控力扰动影响定轨道计算精度的难题，提高了卫星精密定轨能力。^[14]

近月点非对称轨道控制技术：有效解决了嫦娥二号任务15公里降轨控制点在月球背面实施导致测控不可见、月球非球形引力场下轨道近月点漂移率迅速加快导致控后轨道在到达“虹湾”前近月点漂离目标区域等技术难题。^[14]

飞行控制智能规划技术：实现快速准确完成各类事件和指令任务智能规划的功能，全面满足各类飞控事件的实施要求。

发射嫦娥二号的长征三号丙运载火箭长56.5米，芯一、二级直径3.35米，芯三级直径3.0米，单个助推直径2.25米，起飞重量约345吨，地球同步转移轨道运载能力为3.9吨。^[15]在长征三号甲运载火箭的基础上捆绑了2个助推器。火箭发射后的146.6秒、257.9秒和332.4秒分别进行二级分离、抛整流罩和三级分离，在发射后的1533秒进行星箭分离后，嫦娥二号将进入近地点高度200公里、远地点高度约38万公里的地月转移轨道直接奔月。^[16]

嫦娥二号卫星测控系统主要由3个中心、3条测量船、6个位于国内的测控站、1个建于国外的测控站、4个天文观测站及1个国际联网测控站组成。它们由时间统一系统和通信系统按照统一时间标准联成一个有机的系统整体，通过与箭载和星载测控合作目标的配合，共同完成对火箭和卫星的各项测控任务。^[17]

嫦娥二号使用智利圣地亚哥站取代嫦娥一号使用的CEE站完成测控任务。由于嫦娥二号不同发射窗口运载火箭滑行段时间不同，导致运载火箭三级二次点火点和星箭分离点位置变化较大，其测控系统布设了远望三号、五号、六号3艘测量船，以满足发射段的任务需要。^[17]

2010年10月1日18时59分57秒，嫦娥二号搭乘长征三号丙火箭在西昌卫星发射中心发射升空，19时25分，星箭分离，^[2]嫦娥二号进入近地点高度200公里、远地点高度约38万公里的地月转移轨道。^[18][16]

2010年10月2日12时25分，嫦娥二号顺利实施了第一次中途修正控制，控制结果准确，满足卫星进入月球使命轨道入口点要求，取消了预定的后两次中途修正。^[19]

2010年10月6日上午11时06分35秒，北京航天飞行控制中心发出第一次制动指令，1942秒后，嫦娥二号被月球捕获，进入环月轨道成功实施第一次近月制动，进入周期约12小时的椭圆环月轨道。^[20]10月8日，嫦娥二号卫星完成第二次近月制动，在近月点只有100公里，远月点1830多公里的轨道上运行。现在嫦娥二号绕月球一圈就只需要3.5小时。^[21]10月9日，嫦娥二号成功实施第三次近月制动，卫星进入100×100公里运行周期大约为118分钟的环月圆轨道，也是嫦娥二号卫星工作期间一个主要使用的工作轨道。^[22]

2010年10月26日，北京航天飞行控制中心对嫦娥二号卫星实施了降轨控制，约18分钟后，卫星成功进入了远月点100公里、近月点15公里的试验轨道，于27日起开始在月球虹湾区拍摄图像，为此后嫦娥三号卫星落月寻找最佳“落脚点”。^[23]

2010年10月29日10时34分，北京航天飞行控制中心对嫦娥二号卫星实施升轨控制，虹湾区成像活动圆满结束，卫星近月点返回100公里。^[24]11月2日，嫦娥二号卫星顺利返回环月长期运行轨道，北京航天飞行控制中心主任务系统成功切换至长管任务系统。^[25]

2010年11月2日，嫦娥二号卫星顺利返回环月长期运行轨道，北京航天飞行控制中心主任务系统成功切换至长管任务系统。在长期管理工作模式中，嫦娥二号配合地面应用系统开展科学探测工作，在此期间将开展以全月面拍摄为主的各项科学试验，并且后续将择机控制卫星继续对虹湾区成像。^[26]

2011年4月1日，嫦娥二号半年设计寿命期满，既定的六大工程目标和四大科学探测任务圆满完成。4月下旬至5月底，开展了补拍月球南北两极漏拍点和再次对嫦娥三号预选着陆区进行高清晰成像两项拓展试验。6月9日，嫦娥二号受控飞离月球，奔向距地球150万公里远的日地拉格朗日L2点，开启中国深空探测的新征程。8月25日23时27分，经过77天飞行，嫦娥二号在世界上首次实现从月球轨道出发，受控准确进入日地拉格朗日L2点的环绕轨道，标志着三项拓展试验圆满成功。^[27]

2012年12月13日，嫦娥二号卫星在距离地球约700万公里外的深空，飞越“战神”小行星图塔蒂斯并进行探测，至此，嫦娥二号再拓展试验圆满成功，嫦娥二号工程完美收官。^[28]

截至2020年，嫦娥二号仍在围绕太阳做椭圆轨道运行，据推测，嫦娥二号会在2029年前后飞到距离地球约800万公里的位置。^[4]

时间飞行计划2010年10月1日发射升空2010年10月2日地月转移2010年10月6日月球捕获环月探测2010年10月26日降轨拍摄2010年11月2日在轨开展科学试验2011年4月月球轨道深化探测2011年6月9日月球至拉格朗日L2点转移2011年8月25日日地拉格朗日L2点探测2011年12月13日探测“战神”小行星图塔蒂斯

参考资料^{[2][19][20][23][26][27][28]}

嫦娥二号CCD立体相机的地元分辨率从原来嫦娥一号的120m分别提升为：在100km极轨圆轨道，地元分辨率7m，在15km*100km的椭圆轨道上在近月弧段地元分辨率约1m。中科院国家天文台作为地面应用系统的承担单位，主要负责卫星数据的接收和处理工作。密云站和昆明站分别利用50米天线和40米天线同时接收卫星传回的数据，地面应用系统总部在接收到密云站、昆明站传回的原始数据后，经过帧同步、去扰、RS译码、分路解帧以及数据优选和解压等过程后获得0级数据，随后经过对0级数据的格式重整、辐射定标处理、几何定位处理、光度校正处理、图像增强处理、精几何校正处理等步骤，最终形成月表平面图像。^[29]

《新闻联播》打破常规，在国庆节当天采用“画中画”模式在节目开始直播“嫦娥二号”卫星发射。^[30]

2010年10月1日晚19时11分许，嫦娥二号卫星整流罩分别坠落在江西遂川县茶乡汤湖镇的南屏、横圳两个村，一处距汤湖镇政府以北南屏村1公里处的农田里，农田砸出了一个大坑，坑深达1.5米；另一处距镇政府横圳7公里处，当地人武部门赶赴现场处置。整流罩坠落时传来前后两声“砰”声巨响，周围几公里有比较强烈的震感，当地群众按照传来声响的方向找过去，分别发现两块整流罩，并立即报告镇政府。^[31]

2010年10月1日，中国台湾东部民众于该日晚上目击空中有一颗大火球，“轰”一声巨响后，火球坠入大海中。民众怀疑是飞机失事，立刻报警。不过，台湾海巡单位出海查看，台湾“民航局”派出直升机协寻，都没有任何发现。由于事发时，中国大陆正发射“嫦娥二号”卫星，中国台湾方面推测火球可能是火箭推进器。据台湾防务部门的官员称，由于4县市距离很远，如果是一般航空器的事故，不可能让这么大范围的民众看到，推测火球应该是大气外层的飞行物。^[32]

据《新华社》报道，嫦娥二号升空后曾经飞越台湾海峡上空。^[32]

嫦娥二号受控准确进入日地拉格朗日L2点的环绕轨道是中国第一次开展拉格朗日点转移轨道的设计和控制，并实现150万千米远距离测控通信。标志着中国成为世界上第三个造访日地拉格朗日L2点的国家，也是世界上第一个实现从月球轨道出发抵达该点的国家。（《人民日报》评）^[33]

“嫦娥二号”的任务及拓展实验，获得了“嫦娥三号”的预选着陆区——虹湾地区的高分辨率图象；验证了在月球背面不可看到的情况下，采用主发动机大推力自主轨道的机动技术，为“嫦娥三号”软着陆进行了技术验证，也奠定了良好的基础。（中国新闻网评）^[34]