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"嫦娥一号"有效载荷揭密:微波探月球 世界首次
华夏经纬网   2007-12-10 14:34:56   
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    北京时间11月27日夜,嫦娥一号卫星搭载的微波探测仪开始工作。

  “一切都很顺利!”

  “利用微波遥感手段对月球进行探测,这在世界上是第一次;提出探测月壤厚度的科学目标也是世界首次。”

  承担该项探测任务的嫦娥一号卫星有效载荷微波探测仪,由中国科学院空间科学与应用研究中心设计并研制,该分系统主任设计师张晓辉近日接受了《科学时报》的采访。

  微波探测目标直指月壤

  张晓辉说:“嫦娥一号搭载的微波探测仪的主要任务就是探测月壤的厚度信息,以前在阿波罗号登月的时候曾经采集过月壤,除此之外,再没有以这样的科学目标来探测月球。科学目标是我们空间中心的姜景山院士提出的,他很早就参与探月工程的论证工作,是探月工程的几个发起人之一。”

  在美国等国家的探月计划中,都有从月球带回月球物质、在月球上建立永久基地,甚至采集月球上的氦-3为地球所用等计划。

  张晓辉说:“氦-3分布在月壤之中,探测出月壤的厚度信息,就可以估算出氦-3的分布;此外,探测出月壤厚度比较均匀的地方,也有利于为嫦娥二期工程中的着陆计划的实施提供参考。”

  嫦娥一号卫星搭载的微波探测仪,主体上分3部分:两套天线和一套微波接收机;微波接收机将接收到的微波信号放大,然后量化,变成数字编码,传送给公用系统,返回地面。

  “所有高于绝对零度(-273.15℃,理论上说不可能有比这个温度更低的物体)的物体,都以各种方式向外辐射能量。辐射能量高的比如太阳,我们都能感觉到它的热量;房间里的各种物体,也在不断向外辐射能量。就月球表层和次表层组成来说,包括月尘、月壤和月岩,这三种东西辐射出来的能量是不一样的,最下层的月岩辐射的能量可以穿透月壤和月尘,通过月表辐射出来,同样,月壤和月尘也各自都有能量辐射出来。”

  张晓辉说:“为了区别这3种不同物质辐射出来的能量,我们设计了4个频段的微波辐射计:3G赫兹、7.8G赫兹、19.35G赫兹和37G赫兹。卫星在月球表面经过 27.3天(月球上的一天)的飞行,这4个频段的微波辐射计就可以将卫星轨迹下面的月壤普查一次,获得月球表面微波辐射图。4个波段的探测可以获得4张图,通过差别比较、理论分析和计算,就可以得到月壤在全月球分布的大致信息。”

  从理论上说,37G赫兹的频段只能接收月球浅表层的月尘辐射出来的能量,3G赫兹的频段能接收到月岩、月壤和月尘辐射的能量之和,7.8G赫兹和19.35G赫兹的频段接收的能量辐射介于这两者之间。

  熟悉的仪器 陌生的征程

  11月13日,嫦娥一号卫星搭载的各种有效载荷还没有开始工作。张晓辉在办公室接受记者采访时,电话突然响起。

  放下电话,张晓辉说:“我们接到通知,开始安排值班了,一个值班点在中科院国家天文台月球与深空探测科学应用中心,另一个值班点在BACC(北京卫星指控中心)。”

  “运行指令事先都已经做好了,并且经过了验证,一切准备就绪了。”

  其实早在神舟四号飞船上,就已经搭载了微波探测仪等类似的设备,对地球海冰的厚度、土壤的湿度、积雪的分布等各种环境问题进行了成功探测;即将发射的风云3号卫星也搭载了中科院空间中心研制的微波湿度计,用于测量大气层的水汽含量,进行天气预报。

  “这些微波探测设备的原理构造都差不多,只是频段不一样。”参与过多个微波探测设备设计的张晓辉,虽然对历经5年时间亲手设计的探月专用微波探测仪再熟悉不过,但还是对仪器的首次月球之旅放心不下,“我想马上就亲自看一眼仪器现在是什么样子。想要看看探测的数据是否和预想结果吻合,能否获得一个最佳的探测结果;另外,还要保证不出意外”。

  无条件服务整体工程

  “有特殊要求就有难度,设计一个地面使用的设备并不难,一旦‘上天’就会有各种限制,其中仪器‘体重’是一个重要因素。”张晓辉说。

  根据2003年上半年嫦娥一号卫星的申报要求:除天线外,微波探测设备的总重量不超过规定值。

  “那时,8个天线的构想都没有出来,天线部分的重量就没有报,后来当嫦娥一号需要搭载的8个有效载荷做出来的时候,才发现总重量超了很多。”张晓辉说,“后来8个天线设计出来的重量不包括在给微波探测设备的总重量上限之内,也就是说8个天线的重量要自己想办法。”

  姜景山院士是整个绕月探测工程副总师,他订了一条规矩:“哪个有效载荷的重量减不下去,哪个项目就不上了;重量指标分给其他有效载荷。”

  张晓辉说:“大家都在‘减肥’,微波探测仪减得比较多一些,到拿出初样的时候,微波探测仪的体重已经减到了规定限值以下了。”

  与“减肥”相比,“归零过程”也是比较艰难的任务。

  “我们的仪器遇到了任何问题,都要‘归零’处理,有五个步骤:定位准确、机理清楚、问题复现、措施有效、举一反三。”张晓辉脱口而出,“一旦出现问题,首先要确定是什么原因引起的;第二要明白,为什么发生问题;第三,要故意犯一下错,看问题还会不会出现,确实有问题才可以改;第四,修改的措施一定要有效;第五,还要将类似的情况全都清查一遍,看有没有类似错误,这样才能真正把错误改掉。”

  张晓辉说:“话是这么说,但是有时候真的比较麻烦,如果是经常出现的问题倒好办了,就怕问题不出现。在正样制造过程中,仪器中的一块电路板出现了问题,几乎所有的检测手段都用上了,最后发现,一个电焊渣在刷胶的时候留在了漆里,我们把仪器上所有的电路板都用放大镜看了一遍。”

  微波探测仪研制小组于2003年12月完成了模样产品,2004年启动初样研制,2005年8月正样设计评审通过,2006年3月正样研制结束,交付卫星使用。

  “大家都很辛苦,工程任务的完成都有一个节点,到哪一步完成哪些任务都有一个时间限制,这在项目开始时就有一个基本框架。不仅是我,中科院所有有效载荷工作团队都是按照这个框架走。我们要无条件服务整体工程。”张晓辉说。 (作者:祝魏玮 周瑶)

来源:科学时报

转自中新网

 

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