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“嫦娥一号”卫星发射后首先将被送入一个椭圆形地球同步轨道,这一轨道离地面最近距离为200公里,最远为5.1万公里,探月卫星将用16小时环绕此轨道一圈后,通过加速再进入一个更大的椭圆轨道,距离地面最近距离为500公里,最远为12.8万公里,需要48小时才能环绕一圈。此后,探测卫星不断加速,开始“奔向”月球,大概经过114小时的飞行,在快要到达月球时,依靠控制火箭的反向助推减速。在被月球引力“俘获”后,成为环月球卫星,最终在离月球表面200公里高度的极月圆轨道绕月球飞行,开展拍摄三维影像等工作。卫星奔月总共需时114个小时,距离地球接近38.44万公里。而过去,中国发射的卫星距离地面一般都在3.58万公里左右。
发射倒计时
36小时:部分系统进行最后“体检”。
12小时:进入发射前功能检查状态。
8小时:进入发射程序,各系统进行辅助准备。
7小时:加注液氧。
5.5小时:加注液氢。
2小时:进入射前系统。地面开始给系统加电,同时各种口令也在这时开始下发。
40分钟:3号塔架回转平台开始展开。
15分钟:最后一批人员撤离。
90秒:转电。从地面给系统供电,变为系统内部电池供电。
60秒:从塔架后伸向前塔的橘黄色电缆摆杆此时摆开,准备为火箭点火、发射。
40秒:01号指挥员开始报告倒计时。
30秒:牵动。是过去发射系统的专有命令,尽管现在已经不再使用有关系统,但这一程序沿用至今。
10秒:点火倒计时。
0秒:点火。
发射过程
2007年10月24日18时05分04.602秒成功发射升空!
18:07火箭一二级分离。
18:09整流罩分离火箭飞出大气层。
18:10火箭二三级分离。
18:15火箭三级发动机一次关机星箭结合体进入滑行阶段。
18:25卫星进入初始地球轨道。
18:26三级火箭二次点火。
18:28三级火箭发动机二次关闭。
18:29星箭分离卫星进入近地点205公里,远地点50930公里,周期16小时的超地球同步轨道。
18:36卫星指控转入北京航天飞行控制中心。
18:59卫星太阳能帆板打开。
10月24日19时15分确定发射成功!
重要性
10月24日18时29分,星箭成功分离之后,嫦娥一号卫星进入近地点为205公里,远地点为50930公里,周期为16小时的超地球同步轨道。卫星在这个轨道上“奔跑”一圈半后,预计于25日下午进行第一次变轨。变轨后,卫星轨道近地点将抬高到离地球约600公里的地方。卫星和运载火箭分离后,需要4次变轨,才能逐步加速到地月转移轨道的入口速度。每次近地点加速的时间只有短短的几分钟,必须在短时间内及时向卫星发出指令,而卫星发动机必须精确响应,否则卫星就有可能飞向别的方向。
10月25日17时55分,北京航天飞行控制中心对嫦娥一号卫星实施首次变轨控制并获得成功。这次变轨是在卫星运行到远地点时实施的,而此后将要进行的3次变轨均在近地点实施。
在对卫星的运行轨道实施变轨控制时,一般选择在近地点和远地点完成,这样做可以最大限度地节省卫星上所携带的燃料。嫦娥一号卫星的首次变轨之所以选择在远地点实施,是为了抬高卫星近地点的轨道高度。只有在远地点变轨才能抬高近地点的轨道高度。要改变远地点的高度就需要在近地点实施变轨。第一次变轨把卫星近地点的高度抬高后,就会增加布置在近地点附近测量船的跟踪测控时间,有利于监视变轨过程。因为,卫星离地面越高,测控站、船跟踪测控的时间就会越长,这就为以后要进行的3次近地点变轨打下坚实的基础。
按照测控方案安排,10月26日将对嫦娥一号卫星实施第一次近地点变轨。变轨后,卫星将进入远地点为71400千米、周期为24小时的运行轨道。第二次近地点变轨后,卫星将进入远地点为121700千米、周期为48小时的绕地运行轨道。第三次近地点变轨时,卫星将进入地月转移轨道,踏上长达5天的奔月征途。
根据开普勒关于行星运动的三大定律的第一定律:所有行星的运动轨道都是椭圆,太阳位于椭圆的一个焦点。在以太阳S为极点、近日点方向SP为极轴的极坐标中,行星相对于太阳的运动轨迹为椭圆PP1P2P'1P',PSP'=2a表示椭圆的长径。这个定律也适用于卫星系统。既然是椭圆轨道,当然就有离的最近的和离的最远的地方,所以,环绕地球飞行的飞行物,在椭圆的轨道上(离地球)最远的就是远地点,最近的就是近地点。
变轨过程
2007年10月25日17时55分完成第一次变轨指令发出130秒后,卫星近地点高度由约200公里抬高到约600公里,变轨圆满成功。这次变轨表明,嫦娥一号卫星推进系统工作正常,也为随后进行的3次近地点变轨奠定了基础。这次变轨是嫦娥一号卫星在约16小时周期的大椭圆轨道上运行一圈半后,在第二个远地点时实施的。
北京时间10月26日17时44分,远望三号测量船消息,嫦娥一号卫星成功实施第二次变轨。这是卫星的第一次近地点变轨。嫦娥一号卫星第二次变轨后,将进入24小时周期轨道。远地点高度由5万多公里提高到7万多公里。
北京时间10月29日18时01分39秒,远望三号测量船消息,卫星成功实施第三次变轨。10月29日第二次近地点变轨,卫星远地点高度由7万余公里提高到12万余公里,开创了我国最远航天测控的新纪录。进入绕地飞行48小时周期轨道。
北京时间10月31日17时28分,嫦娥一号卫星成功实施第四次变轨,顺利进入地月转移轨道,开始飞向月球。卫星远地点高度由12万余公里提高到37万余公里,进入114小时地月转移轨道。这也是卫星入轨后的第三次近地点变轨。北京时间17时15分,嫦娥一号卫星接到指令,发动机工作784秒后,正常关机。北京飞控中心对各项测量数据的计算表明,卫星变轨成功。由绕地飞行轨道顺利进入地月转移轨道。
11月2日上午10时33分,嫦娥一号卫星成功实施了首次轨道中途修正。10时25分,嫦娥一号卫星按照指令要求,星上装载的两个小推力发动机点火成功,对卫星飞行航向实施修正。10时33分,发动机关机,卫星首次轨道修正完成。(后取消)
脱离地球
“嫦娥一号”卫星在发射升空后要先围绕地球用5天的时间转5圈,第一个阶段是绕3圈,每圈16小时,第二阶段是用24小时绕一圈,第3个阶段是用48小时绕一圈。
火箭把卫星送入轨道后,地面注入指令,卫星主发动机点火实施变轨,将近地点抬高到约600公里,让卫星经过测控站上方时速度相对减少,便于后续控制。第二、三、四次点火实施变轨,让卫星不断加速:这3次变轨目的都是加速,每变轨一次,卫星的速度就增加一点,通过3次累积,卫星加速到10.916公里/秒以上的进入地月转移轨道的最低速度,向月球飞去。
近月制动
11月5日11月5日11时15分,嫦娥一号卫星主发动机点火,第一次近月制动开始,嫦娥近月制动将持续22分钟。11时37分,嫦娥一号卫星主发动机关机,第一次近月制动结束。到达距离月球420公里,第一次近月制动进入12小时月球轨道。
11月6日第二次近月制动进入近月点200公里,远月点1700公里,周期为3.5小时的轨道,运行3圈。
11月7日8时24分,第三次近月制动开始,这次近月制动将持续10分钟。8时34分成功完成第三次近月制动,卫星进入周期为127分钟,环绕月球南、北极的,高度200公里的极月圆形环月工作轨道。
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