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嫦娥工程三步走的方案第一步：绕月探测嫦娥工程的第一步是绕月探测任务，旨在实现对月球的绕飞和着陆探测。
这一步走的方案是通过研发和发射嫦娥一号探测器，实现对月球的绕月探测。
嫦娥一号探测器于2007年发射，成功进入月球轨道，并于同年底实施了软着陆，成为继美苏之后第三个成功登陆月球的国家。
在绕月探测任务中，嫦娥一号探测器取得了许多重大的科学成果，包括对月表地貌、矿物成分、地质构造等方面的观测和测量，并通过巡视器拍摄了大量高分辨率影像数据。
这些数据为后续的月球探测任务打下了坚实的基础。
在技术上，嫦娥一号探测器在着陆过程中成功实现了复杂的软着陆操作，这是中国航天界所取得的一项重要突破。
此外，嫦娥一号探测器还实现了自主导航和自主避障，提高了探测器的安全性和可靠性。
第二步：月面着陆和返回嫦娥工程的第二步是月面着陆和返回任务，旨在实现对月球表面的着陆探测和样品返回。
这一步走的方案是通过研发和发射嫦娥二号探测器，实现对月球表面的软着陆和样品采集，并成功返回地球。
嫦娥二号探测器于2010年发射，成功进入月球轨道，并于同年成功实施了软着陆，并实现了回收样品返回。
在月面着陆和返回任务中，嫦娥二号探测器取得了许多重大的科学成果，包括采集了大量的月球地质样品，并通过样品返回舱成功返回地球，这些样品对研究月球的成分、结构和演化过程具有重要的价值。
在技术上，嫦娥二号探测器实现了对月球表面的软着陆和自主取样，这是中国探测器在月球表面实施的首次软着陆和取样操作，为后续的月球探测任务提供了重要的技术支持。
第三步：月球着陆和返回嫦娥工程的第三步是月球着陆和返回任务，旨在实现对月球表面的精确着陆和长时间探测。
这一步走的方案是通过研发和发射嫦娥三号探测器，实现对月球表面的精确软着陆和实施长时间探测。
嫦娥三号探测器于2013年发射，成功进入月球轨道，并于同年成功实施了软着陆，并实施了长时间探测任务。
在月球着陆和返回任务中，嫦娥三号探测器取得了许多重大的科学成果，包括实施了长时间的月表科学探测，收集了大量的科学数据，并通过巡视器拍摄了大量高分辨率影像数据，这些数据为后续的月球探测任务提供了重要的科学支持。
嫦娥二号卫星嫦娥二号卫星（简称：嫦娥二号，也称为“二号星”）是嫦娥一号卫星的姐妹星，由长三丙火箭发射。
但是嫦娥二号卫星上搭载的CCD相机的分辨率将更高，其它探测设备也将有所改进，所探测到的有关月球的数据将更加翔实。
“嫦娥二号”于2010年10月1日18时59分57秒在西昌卫星发射中心发射升空，并获得了圆满成功。
发射梗概2010年9月29日，中国探月工程新闻发言人发布消息：嫦娥二号卫星和火箭已完成发射场区的测试和检查，测试结果正常，完全满足发射的技术条件。
将于10月1日18时59分57秒在西昌卫星发射中心点火发射，19时整起飞。
如果遇到气候等原因，不能在第一窗口时间发射，还选择了10月2日和3日择机发射。
2010年10月1日18时59分57秒345毫秒，嫦娥2号点火，19时整成功发射。
在飞行后的29分53秒时，星箭分离，卫星进入轨道。
19时56分太阳能帆板成功展开。
目前已飞入指定轨道。
发射时间据发射中心工作人员介绍，嫦娥二号最终将从2号塔位发射升空。
26日，西昌卫星发射中心的移动塔开始向2号固定发射塔靠拢。
中国探月工程新闻发言人今天已经正式宣布，嫦娥二号将于10月1日的18时59分57秒在西昌卫星发射中心发射到月球，开始了月球之旅。
嫦娥二号发射火箭残骸在10月1日19时11分坠落在江西省吉安市周围的村子。
发射准备发射次日再行开放在西昌卫星发射中心门外，大院内宽敞的林阴道上少有人迹，偶尔会有几辆挂着军牌的车辆进出，驻地泽远乡派出所的一辆警车在附近不间断巡逻。
发射中心大门侧边的一条通村公路入口，昨日开始由军人把守，其间有一位当地老乡，驾驶一辆贴着通行证的面包车试图开进，但被查出车上载有多名持外地身份证的人而被拦住。
在发射中心门外的水果摊上，发现几位身穿天蓝色工装的青年人。
他们身后的“航天一院”4个字，表明他们来自北京，是火箭测试队的工作人员，他们身挂的出入吊牌上，不仅贴着各自的近照，写着各自的姓名，而且还有出入证的编号。
嫦娥二号工程技术手册嫦娥二号是我国航天事业的重要里程碑，它是我国自主研发的月球探测器。
嫦娥二号工程自2007年10月开始，历时三年，成功完成了各项关键技术验证和月球探测任务。
一、嫦娥二号概述嫦娥二号是我国继嫦娥一号之后的第二个月球探测器。
它的任务是进一步探测月球表面特性、矿物资源、地壳厚度等科学数据，为我国月球探测和深空探测提供技术支撑。
嫦娥二号探测器全长4.2米，质量约2400千克，携带了7种科学仪器，具备了更高的探测能力和精度。
二、嫦娥二号关键技术嫦娥二号攻克了七大关键技术，包括：轨道设计、发射与飞行控制、月球捕获与轨道机动、月球表面遥感与探测、月壤取样返回、封装与发射、地面数据处理与传输。
这些关键技术的突破为我国月球探测和深空探测奠定了基础。
三、嫦娥二号任务过程嫦娥二号任务分为四个阶段：发射阶段、月球捕获阶段、月球探测阶段和返回阶段。
发射阶段，嫦娥二号探测器成功搭载在长征三号丙运载火箭上，准确进入预定轨道；月球捕获阶段，嫦娥二号成功实施月球捕获，进入月球轨道；月球探测阶段，嫦娥二号对月球表面进行了高分辨率成像和光谱探测；返回阶段，嫦娥二号将探测数据传输回地面，圆满完成任务。
四、嫦娥二号探测成果嫦娥二号探测成果丰硕，获得了全球最高分辨率的月球图像，揭示了月球表面地质特征、矿物分布等信息。
此外，嫦娥二号还发现了月球表面新类型的撞击坑、火山口和撞击山脉等，为研究月球形成和演化提供了重要线索。
五、嫦娥二号的意义与展望嫦娥二号任务的圆满成功，展示了我国航天技术的显著进步，提升了我国在国际航天领域的地位。
嫦娥二号任务的完成，为我国后续月球探测和深空探测奠定了坚实基础。
未来，我国将继续推进月球探测和深空探测，为实现载人登月和深空探险的目标而努力。
嫦娥二号工程技术手册摘要：一、前言二、嫦娥二号任务背景与目标三、嫦娥二号工程技术特点1.轨道设计2.探测器构造3.推进系统4.通信系统5.科学仪器四、嫦娥二号任务执行过程1.发射阶段2.轨道飞行阶段3.任务成果五、嫦娥二号任务意义与展望正文：【前言】嫦娥二号卫星是我国继嫦娥一号卫星成功发射后，实施探月工程的第二颗卫星。
本文主要介绍嫦娥二号卫星的工程技术特点及任务执行过程。
【嫦娥二号任务背景与目标】嫦娥二号卫星任务的主要目标是进行月球软着陆和巡视勘察，为我国后续月球探测任务奠定基础。
【嫦娥二号工程技术特点】【1.轨道设计】嫦娥二号卫星采用了地月拉格朗日L2 点的环绕轨道，以实现对月球的长期观测。
【2.探测器构造】嫦娥二号卫星探测器结构分为两部分：平台和载荷。
平台部分包括卫星主体、电源系统、热控系统、通信系统等；载荷部分包括相机、激光高度计、微波探测仪等科学仪器。
【3.推进系统】嫦娥二号卫星采用了液体推进剂发动机，用于调整卫星轨道、进入月球轨道和月球表面软着陆。
【4.通信系统】卫星配备了X 频段和S 频段通信系统，以实现与地面站的实时通信。
【5.科学仪器】嫦娥二号卫星搭载了多台科学仪器，用于获取月球表面地形、地质构造、物质组成等信息。
【嫦娥二号任务执行过程】【1.发射阶段】嫦娥二号卫星于2010 年10 月1 日由长征三号丙火箭在西昌卫星发射中心成功发射。
【2.轨道飞行阶段】嫦娥二号卫星经过约112 小时的飞行，进入地月拉格朗日L2 点的环绕轨道。
【3.任务成果】嫦娥二号卫星任务取得了圆满成功，完成了月球表面软着陆和巡视勘察，为我国后续月球探测任务积累了宝贵的经验。
【嫦娥二号任务意义与展望】嫦娥二号卫星任务的圆满成功，标志着我国月球探测工程技术取得了重要突破，为我国月球探测事业的持续发展奠定了坚实基础。
【四年级】“嫦娥二号”发射成功
今天，我们迎来了一个值得庆祝的好消息——嫦娥二号成功发射！这是中国探索太空的又一重大成就，也是我国航天事业的又一次辉煌成功。
让我们一起来了解一下嫦娥二号的发射过程和意义吧！
嫦娥二号是中国自主研发的月球探测器，它的名字来源于中国古代的传说故事——嫦娥奔月。
它的任务是去月球上进行科学探测，为未来的月球探测活动和中国载人登月提供技术支持。
嫦娥二号的发射成功标志着中国航天事业取得了新的突破和进步，也为我国航天事业注入了新的活力和动力。
嫦娥二号的发射过程是由一系列复杂的步骤组成的。
科学家需要进行精密的计划和设计，确定嫦娥二号的轨道和飞行路径。
然后，航天工程师们需要按照设计要求，精心制造并组装嫦娥二号的各个部件。
接着，他们要进行严格的测试和调试，确保嫦娥二号在极端的太空环境下能够正常工作。
经过了数次的检查和准备，嫦娥二号终于成功发射，向月球进发。
嫦娥二号的发射成功对于我国航天事业来说具有重要意义。
它标志着我国已经具备了自主研发并成功发射探测器的能力，为我国未来的航天事业奠定了坚实的基础。
嫦娥二号的任务是进行科学探测，带回更多的有关月球的数据和样品，为人类对月球的进一步了解和探索做出了重要贡献。
嫦娥二号的发射成功也将激励更多的人投身到航天事业中来，为我国的航天事业注入更多的创新力量和活力。
嫦娥二号的发射成功是中国航天事业的一次重要里程碑，它向世界展示了我国航天事业的强大实力和雄心壮志。
相信在不久的将来，中国的航天事业将会取得更多的成就，为人类的航天事业做出更大的贡献！让我们一起对嫦娥二号的发射成功表示热烈的祝贺，期待着嫦娥二号在月球上的精彩表现！。
嫦娥二号卫星飞越探测小行星的目标选择乔栋, 黄江川, 崔平远, 饶炜, 姜晓军, 孟林智, 黄昊 and 黄晓峰Citation: 中国科学: 技术科学43, 602 (2013 ); doi: 10.1360/092013-313View online: /doi/10.1360/092013-313View Table of Contents:/publisher/scp/journal/SST/43/6 Published by the 《中国科学》杂志社Articles you may be interested in嫦娥二号卫星飞越4179小行星工程参数分析中国科学: 技术科学43, 596 (2013);嫦娥二号卫星飞越4179小行星逼近策略及成像技术中国科学: 技术科学43, 478 (2013);4179号小行星地基光学观测中国科学: 技术科学43, 618 (2013);嫦娥二号卫星多目标多任务设计与经验中国科学: 技术科学43, 585 (2013);嫦娥二号卫星飞越Toutatis小行星转移轨道设计中国科学: 技术科学43, 487 (2013);中国科学: 技术科学 2013年 第43卷 第6期: 602 ~ 608 中文版发表信息: 乔栋, 黄江川, 崔平远, 等. 嫦娥二号卫星飞越探测小行星的目标选择. 中国科学: 技术科学. 2013, 43: 602–608, doi: 10.1360/092013-313《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS嫦娥二号卫星飞越探测小行星的目标选择乔栋①②*, 黄江川③, 崔平远①②, 饶炜④, 姜晓军⑤, 孟林智④, 黄昊④, 黄晓峰④① 飞行器动力学与控制教育部重点实验室, 北京 100081; ② 北京理工大学宇航学院深空探测技术研究所, 北京 100081; ③ 中国空间技术研究院, 北京 100094; ④ 北京空间飞行器总体设计部, 北京 100094; ⑤ 中国科学院国家天文台, 北京 100012 * E-mail:****************.cn收稿日期: 2013-01-25; 接受日期: 2013-03-02国家中长期科技发展规划重大专项、国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(批准号: 2012CB720000)和国家自然科学基金(批准号: 11102020)资助项目摘要 嫦娥二号卫星成功实现日-地拉格朗日L2点的飞行探测, 圆满完成多项科学探测和工程试验任务, 计划开展以小行星为背景的飞向更远深空再拓展试验任务. 本文针对该任务的目标选择问题, 基于测控约束、时间约束、推进剂约束及目标星物理特性, 提出了一套满足任务约束的小天体探测目标选择策略. 首先, 基于小行星的轨道特性及高精度递推模型, 筛选出满足测控与通信约束的潜在目标星, 根据卫星在轨寿命的时间约束, 进而划定可选目标星的范围. 然后, 基于嫦娥二号卫星飞越探测成像约束、可选目标星的物理特性及观测定轨精度, 确定潜在备选目标星; 最后, 基于日-地-月系统转移轨道两点边值问题的求解, 分析备选目标星飞越探测的机会与速度增量需求, 得到嫦娥二号再拓展任务飞越探测的目标小行星4179 Toutatis. 2012年12月13日16:30, 嫦娥二号卫星成功飞越4179 Toutatis 小行星, 获得大量高质量图像, 从而验证了探测目标选择策略的正确性.关键词 嫦娥二号 目标选择 小行星 飞越探测嫦娥二号卫星作为探月工程二期的先导星, 于2010年10月1日在西昌卫星发射中心成功发射. 在圆满完成月球探测任务后, 于2011年6月9日从月球环绕轨道变轨飞向日-地拉格朗日L2点附近的Lissajous 轨道, 2011年8月25日捕获入轨, 在目标Lissajous 轨道飞行200余天, 完成了多项科学探测和工程试验任务[1]. 鉴于卫星飞行状态良好, 工程总体决定开展以小行星为背景的飞向更远深空的再拓展试验任务. 本文主要针对该任务的目标选择问题, 提出了一套满足任务约束的小行星探测目标选择策略.小行星作为太阳系的重要成员, 普遍被认为是太阳系演化过程中的残余物质. 目前已发现的小行星约70多万颗, 正式编号的已超过30万颗, 而且随着观测技术和手段的提高, 该数目还在不断增长. 根据轨道特性和分布情况, 小行星可分为近地小行星(near earth asteroids)[2, 3]、主带小行星(main-belt asteroids)[4]、特洛伊族小行星(Trojans/Greeks asteroids)[5]、柯伊柏带小行星(Kuiper-belt asteroids)[6]等多个群落. 在这些群落中, 近地小行星的轨道许多会穿越地球轨道, 给地球的安全带来潜在的威胁, 因而得到了广泛的关注. 此外, 近地小行星还普遍被认为是主带小行星或彗星的碎片、内核经过长期的动力中国科学: 技术科学 2013年 第43卷 第6期603学演化而形成的, 可能含有太阳系演化的重要信息. 因此, 探测近地小行星对于了解太阳系的起源、演变历程和现状, 进一步认识地球环境的形成与演变过程以及探索生命起源等具有重要的意义.对于嫦娥二号卫星, 在圆满完成月球探测任务及飞向日-地拉格朗日L2点探测任务之后所剩推进剂极为有限, 而且卫星设计评估寿命2~3年, 在轨飞行已超过20个月, 若继续长时间深空飞行, 将对卫星可靠性是严峻考验. 同时, 由于我国大型深空测控站2012年10月前尚无法提供深空远距离测控能力的支持[7].针对这些问题, 本文基于测控约束、速度增量约束及目标星物理特性等, 提出了一套满足任务约束的小行星探测目标选择策略. 该策略首先基于不同群落小行星的轨道特征及高精度小行星轨道递推动力学模型, 并结合嫦娥二号卫星在轨寿命时间约束, 筛选出满足测控与通信约束的潜在目标星; 然后, 根据卫星飞越探测成像约束及潜在目标星的轨道和物理特性, 确定出嫦娥二号再拓展试验任务的备选目标; 最后, 基于日-地-月系统转移轨道两点边值问题的求解及飞越探测目标的速度增量需求, 得到嫦娥二号再拓展任务飞越探测的目标小行星.1 嫦娥二号飞越探测小行星目标的初选嫦娥二号飞越探测小行星目标的初选主要从两个方面展开: 1) 测控与通信约束的分析; 2) 小行星的轨道特征.1.1 嫦娥二号测控与通信约束分析从测控角度分析, 嫦娥二号卫星进行更远距离飞行探测, 主要受测控与通信距离的制约. 根据嫦娥二号在日-地拉格朗日L2点附近的Lissajous 轨道(距离地球约170万千米)飞行条件下测控下行状态, 具有35 m 天线的测控站, S 频段测控全向下行可支持约1200万千米; S 频段测控定向下行可支持约3000万千米; X 频段测控可支持约1300万千米, 而具有64 m 天线的测控站, S 频段测控全向下行可支持约2000万千米; S 频段测控定向下行可支持约5000万千米; X 频段测控可支持约2100万千米.从通信数传的角度分析, 根据嫦娥二号在日-地拉格朗日L2点附近的Lissajous 轨道(距离地球约170万千米)飞行的状态, 若码速率采用750 kbps, 则具有50 m 天线的测控站可支持约240万千米; 若码速率采用23.4375 bps, 则具有40 m 的测控站可支持约1200万千米; 具有50 m 天线的测控站可支持约1500万千米, 而具有64 m 天线的测控站可支持约2500万千米.根据以上分析, 嫦娥二号若执行飞越小行星探测任务, 则飞越时小行星距离地球应小于1500万千米, 且飞越时间在2012年10月后才能提供支持.1.2 小行星轨道特征分析目前已发现的70多万颗小行星主要集中在近地、主带、特洛伊族、柯伊柏带, 其中多数近地小行星的轨道会穿越地球的轨道; 主带小行星的轨道介于火星轨道和木星轨道之间, 大约距离太阳2~4个天文单位(AU, 即 1 AU=149597870.691 km) 这也是小行星密集的区域; 特洛伊族小行星主要聚集在太阳-木星的L4/L5点附近; 柯伊柏带小行星主要分布在海王星轨道外侧.近地小行星距离地球较近, 是嫦娥二号飞越目标选择的主要小行星群落. 根据轨道半长轴a , 近日点距离q 和远日点距离Q , 近地小行星可分为4种类型[8, 9]: 1) Aten 型, 其轨道半长轴小于1 AU, 且穿越地球轨道, 即a <1.0 AU 且Q >0.983 AU(0.983 AU 为地球轨道的近日点距离); 2) Apollo 型, 其轨道半长轴大于1AU, 且穿越地球轨道, 即a >1.0 AU 且q <1.017 AU(1.017 AU 为地球轨道的远日点距离); 3) Amor 型, 其轨道在地球轨道的外侧, 近日点距离q 大于地球轨道的远日点距离(1.017 AU)且小于 1.3 AU, 即 1.017 AU<q <1.3 AU; 4)Atira 型或Apohele 型, 其轨道在地球轨道的内侧, 远日点距离Q 小于地球轨道的近日点距离(0.983 AU), 即Q <0.983 AU. 这里值得注意的是Aten 型和Apollo 型的小行星轨道会穿越地球轨道, 从而使得它们产生撞击地球的威胁, 而Amor 型和Atira 型虽然不穿越地球轨道, 但有时可能距离地球非常近. 目前发现的9441颗近地小行星中, Aten 型有742颗, Amor 型有3569颗, Apollo 型有5118颗, Atira 型有12颗.1.3 小行星轨道递推与目标初选根据以上分析, 选取近地小行星, 进行轨道递推, 搜索满足2012年10月~2013年6月与地球最近距离乔栋等: 嫦娥二号卫星飞越探测小行星的目标选择604小于1500万千米的目标. 小行星的星历采用美国JPL 公布的观测定轨星历. 轨道递推的动力学模型为113331i i i i ii PN r r μ=⎛⎫=--+ ⎪∆⎝⎭∑ Δr rr , 1,2,,11i = , (1)其中=-Δr r i i , r i 为积分过程中摄动天体的位置矢量, 由DE405行星星历得到, 摄动天体主要考虑八大行星、月球、冥王星及谷神星. 递推算法选择龙格库塔78法. 递推时间为观测定轨星历的历元时刻至2013年6月30日.递推后, 满足测控与通信约束和时间约束的目标有51颗, 其中2012年10月1日至2013年6月30日期间, 距离地球小于500万千米的目标有7颗, 如表1所示.在2012年10月1日至2013年6月30日期间距离地球大于500万千米且小于1000万千米的目标有22颗, 如表2所示.在2012年10月1日至2013年6月30日期间距离地球大于1000万千米且小于1500万千米的目标有22颗, 如表3所示.2基于嫦娥二号成像约束及小行星物理特性的选择目标根据嫦娥二号卫星再拓展试验任务的要求, 综合考虑星载各相机的性能指标, 选择星上配置的太阳翼监视相机作为嫦娥二号飞越探测小行星的主要载荷[10]. 考虑到成像质量, 任务要求飞越的目标小行星直径大于 1 km, 且轨道参数确定, 即有明确的 编号.基于以上约束, 探测目标的进一步选择主要从表1 距离地球小于500万千米的目标(小于0.03342 AU)序号小行星名称距离地球最近的时间(年/月/日)最近的距离 (AU) 1 2008 UU95 2012/10/11 0.02012 2 2010 JK1 2012/11/25 0.02373 3 2009 BS5 2012/12/11 0.02141 4 2012 DA14 2013/02/05 0.00031 5 2010 GM23 2013/04/11 0.02813 6 2009 FE 2013/06/04 0.02434 7 2010 NY652013/06/240.02650表2 距离地球大于500万千米且小于1000万千米的目标(小于0.06685 AU, 大于0.03342 AU)序号小行星名称距离地球最近的时间(年/月/日)最近的距离 (AU)1 2007 PA8 2012/11/05 0.043292 1999 SF10 2012/11/09 0.034963 2009 WB105 2012/11/25 0.04024 4 1994 XD 2012/11/27 0.051845 Toutatis 2012/12/12 0.046336 2010 BB 2012/12/26 0.055367 2003 UC20 2012/12/29 0.065938 2002 AY1 2013/01/07 0.038149 2009 WD54 2013/01/15 0.06627 10 2011 BY10 2013/01/28 0.05009 11 2010 LK34 2013/01/31 0.06513 12 2011 EN51 2013/02/26 0.05088 13 1998 DK36 2013/03/06 0.05867 14 2005 ES70 2013/03/14 0.05688 15 2011 EE51 2013/03/16 0.05414 16 2008 SE85 2013/03/22 0.04873 17 2003 FY6 2013/03/23 0.05391 18 2005 NZ6 2013/04/29 0.06404 19 1988 TA 2013/05/10 0.03357 20 1998 QE2 2013/05/31 0.03917 21 2002 LT24 2013/06/25 0.05921 22 2007 RQ17 2013/06/28 0.03575表3 距离地球大于1000万千米且小于1500万千米的目标(小于0.10027 AU, 大于0.06685 AU)序号小行星名称距离地球最近的时间(年/月/日)最近的距离 (AU) 1 2004 RX102012/10/15 0.08185 2 1998 ST49 2012/10/18 0.07368 3 2008 CT1 2012/10/22 0.06785 4 1991 VE 2012/10/26 0.08737 5 2000 EA14 2012/10/29 0.09956 6 2009 SB15 2012/11/03 0.07770 7 2011 EL51 2012/11/04 0.08334 8 2008 UA92 2012/11/16 0.09021 9 1996 AW1 2012/11/24 0.06735 10 Apophis 2013/01/09 0.09666 11 2011 TO 2013/01/21 0.08653 12 2003 BN4 2013/02/04 0.07133 13 2008 DG17 2013/02/16 0.09371 14 2009 SC15 2013/03/13 0.08118 15 2008 EY5 2013/03/20 0.08324 16 2010 SE 2013/03/20 0.07206 17 2008 EG9 2013/03/21 0.08477 18 2011 SC25 2013/04/07 0.07602 19 2009 SQ104 2013/04/22 0.07137 20 2010 LF14 2013/05/18 0.09022 21 2011 BM45 2013/06/02 0.07413 22 2004 KH172013/06/030.09787中国科学: 技术科学 2013年 第43卷 第6期605两个方面展开: 1) 绝对星等与小行星直径的分析; 2) 基于小行星直径与目标编号的筛选.2.1 绝对星等与小行星直径的分析 如果绝对星等H 和反照率V p 给定, 则小行星的直径可由如下关系估算:/51/2132910H V D p --=⨯. (2) 由(2)式可以看出绝对星等的偏差和反照率的不确定度都可能使得小行星直径的估算出现较大的误差. 近地小行星的这些参数可参见文献[11].根据以上分析, 2012年10月1日至2013年6月30日期间, 距离地球小于500万千米目标的绝对星等和直径, 如表4所示.在2012年10月1日至2013年6月30日期间距离地球大于500万千米且小于1000万千米目标的绝对星等和直径, 如表5所示.在2012年10月1日至2013年6月30日期间距离地球大于1000万千米且小于1500万千米目标的绝对星等和直径, 如表6所示.2.2 基于小行星直径与目标编号的筛选根据成像要求小行星尺寸大于 1 km, 且探测目标有明确的编号, 则:1) 表4中最大直径的小行星为2009 FE, 其直径约为150~350 m , 且无明确的小行星编号, 不能满足任务的要求;2) 表5中直径接近或超过1 km 的目标有6颗, 分别为2007 PA8, 1994 XD, Toutatis, 2003UC20, 2005NZ6, 1998QE2. 有编号的小行星有5颗, 分别为214869, 4179, 242643, 285263和293726, 同时满足这两项约束的目标有4颗, 如表7所示.表4 距离地球小于500万千米目标的绝对星等与直径序号小行星名称轨道类型绝对星等直径 (m)1 2008 UU95 Apollo 23.40 60~1402 2010 JK1 Apollo 24.40 30~803 2009 BS5 Apollo 27.40 0~204 2012 DA14 Apollo 24.40 30~805 2010 GM23 Apollo 24.7030~706 2009 FE Apollo 21.40 150~3507 2010 NY65 Aten 21.70 130~300 注: 绝对星等和直径估算参见http://earn.dlr.de/nea/database.htm表5 距离地球大于500万千米且小于1000万千米目标的绝对星等与直径 序号 小行星名称 轨道类型 绝对星等 直径1 2007 PA8 (214869) Apollo 16.47 1.6 km2 1999 SF10 Apollo 24.00 0.06 km32009 WB105 Aten 23.30 60~140 m 4 1994 XD Apollo 19.10 0.5~1.0 km 5 Toutatis (4179) Apollo 15.30 2.8 km62010 BB Aten 20.30 260~580 m 7 2003 UC20 Aten 18.10 0.7~1.6 km8 2002 AY1 Aten 20.80 200~460 m9 2009 WD54 Aten 28.50 0~10 m 102011 BY10 Apollo 27.10 10~20 m 112010 LK34 Apollo 21.90 120~280 m 12 2011 EN51 Apollo 22.20 100~240 m13 1998 DK36 Aten 25.00 20~60 m 142005 ES70 Aten 23.60 50~120 m 15 2011 EE51 Apollo 24.30 40~90 m162008 SE85 Apollo 19.50 370~840 m 17 2003 FY6 Aten 22.40 90~220 m 18 2005 NZ6 (242643) Apollo 17.60 0.9~2.0 km19 1988 TA Apollo 20.90 400 m20 1998 QE2 (285263)Amor 16.50 2.75 km 21 2002 LT24 Aten 22.00 110~260 m 22 2007 RQ17 (293726) Apollo 22.60 90~200 m 注: 绝对星等和直径估算参见http://earn.dlr.de/nea/database.htm表6 距离地球大于1000万千米且小于1500万千米目标的绝对星等与直径序号 小行星名称 轨道类型 绝对星等 直径 1 2004 RX10 Aten 21.30 160~370 m 2 1998 ST49 (136993) Apollo 17.81 900 m 3 2008 CT1 Aten 27.70 0~10 m4 1991 VE (162004) Aten 18.20 0.7~1.5 km5 2000 EA14 Apollo 21.00 190~420 m6 2009 SB15 Apollo 20.60 220~510 m7 2011 EL51 Apollo 21.90 120~280 m8 2008 UA92 Amor 27.40 0~20 m9 1996 AW1 Apollo 19.40 390~880 m 10 Apophis (99942) Aten 19.70 270 m 11 2011 TO Aten 26.30 10~30 m 12 2003 BN4 Amor 24.40 30~80 m 13 2008 DG17 Amor 19.80 330~730 m 14 2009 SC15 Amor 21.40 150~350 m 15 2008 EY5 (325102) Aten 20.10 280~640 m 16 2010 SE Apollo 24.30 40~90 m 17 2008 EG9 Apollo 25.20 20~60 m 18 2011 SC25 Apollo 25.20 20~60 m 19 2009 SQ104 Apollo 20.80 200~460 m 20 2010 LF14 Amor 24.00 40~100 m 21 2011 BM45 Apollo 21.40 150~350 m 22 2004 KH17 Aten 22.00 110~260 m 注: 绝对星等和直径估算参见http://earn.dlr.de/nea/database.htm乔栋等: 嫦娥二号卫星飞越探测小行星的目标选择606表7 距离地球大于500万千米且小于1000万千米, 有确定编号同时直径接近或大于1 km 的目标序号小行星名称轨道类型 绝对星等 直径 (km)1 (214869)007 PA8 Apollo 16.47 1.62 (4179)Toutatis Apollo 15.30 2.83 (242643)2005 NZ6 Apollo 17.60 0.9~2.04 (285263)1998 QE2 Amor 16.50 2.753) 表6中直径接近或超过1 km 的目标有2颗, 分别为1998 ST49, 1991 VE. 确定编号的小行星有4颗, 分别为136993, 162004, 99942和325102, 同时满足这两项约束的目标有2颗, 如表8所示.根据以上分析, 确定编号其直径接近或大于1 km, 同时在2012年10月1日至2013年6月30日期间距离地球小于1500万千米的小行星有6颗, 如表9所示.反照率是决定成像质量的一个重要参数, 表9中6颗目标的反照率, 如表10所示.根据以上筛选原则, 得到的6颗潜在备选目标中, 在2012年10月1日~2013年6月30日, 距离地球小于表8 距离地球大于1000万千米且小于1500万千米, 有确定编号同时直径接近或大于1 km 的目标序号小行星名称轨道类型 绝对星等 直径 (km)1 (136993)1998 ST49 Apollo 17.810.92 (162004)1991 VE Aten 18.20 0.7~1.5表9 距离地球小于1500万千米, 有确定编号同时直径接近或大于1 km 的目标序号小行星名称轨道类型 绝对星等 直径 (km)1 (214869)2007 PA8 Apollo 16.47 1.62 (4179)Toutatis Apollo 15.30 2.83 (242643)2005 NZ6 Apollo 17.60 0.9~2.04 (285263)1998 QE2 Amor 16.50 2.75 5 (136993)1998 ST49 Apollo 17.81 0.96 (162004)1991 VE Aten 18.20 0.7~1.5表10 潜在备选目标的反照率与光谱类型序号小行星名称距离最近 (万千米)反照率直径 (km)1 (4179)Toutatis 693.09 0.13 2.82 (136993)1998 ST49 1102.2 mh *0.9 3 (285263)1998 QE2 585.97 0.06 2.75 4 (214869)2007 PA8 647.61 – 1.6 5 (242643)2005 NZ6 958.02 – 0.9~2.0 6 (162004)1991 VE 1307.03 – 0.7~1.5 *表示中等, 其反照率通常取值为0.181000万千米的有4颗, 分别为(4179)Toutatis, (285263)1998QE2, (214869)2007PA8, (242643)2005NZ6; 大于1000万千米的2颗, 分别为(136993)1998ST49, (162004) 1991VE.小行星(136993)1998ST49距离地球最近为1102.2万千米, 时间为2012年10月18日. 小行星(162004)1991VE 距离地球最近为1307.03万千米, 时间为2012年10月26日. 根据任务计划和安排, 深空测控站于2012年10月中旬才能进行跟踪测试工作, 在此之前尚无法对飞越小行星任务提供支持. 因此, (136993)1998ST49小行星和(162004)1991VE 小行星暂被排除在备选飞越目标之列.表10中剩余的4颗潜在备选目标, (214869) 2007PA8小行星距离地球最近为647.61万千米, 时间为2012年11月5日, 该时间距离大型深空站启用时间较近, 且反照率参数缺乏, 故暂排除在备选飞越目标之列.(242643)2005NZ6小行星距离地球最近为958.02万千米, 时间为2013年4月29日; (285263)1998QE2小行星距离地球最近为585.97万千米, 时间为2013年5月31日. 这两颗星的反照率参数缺乏, 但由于有较为充足的时间开展观测, 故可暂作为潜在备选目标.(4179)Toutatis 小行星距离地球最近为693.09万千米, 时间为2012年12月12日, 反照率参数为0.13较为明确, 其直径约为2.8 km, 同时也把潜在备选目标中最大的小行星, 列为潜在备选目标.2.3 基于嫦娥二号推进剂约束的目标选择 嫦娥二号2011年8月25日捕获进入日-地拉格朗日L2点Lissajous 轨道. 截止2011年9月, 卫星剩余推进剂约115 kg, 除去管道残余、推进剂估计误差及在Lissajous 轨道的轨控所需速度增量等, 可用于再拓展任务的速度增量约为120 m/s. 根据该约束对3颗潜在备选目标的飞越机会及所需速度增量进行分析, 并进一步筛选和确认飞越目标星. 这3颗目标的轨道根数如表11所示.根据以上条件, 基于日-地-月系统求解两点边值问题, 分析嫦娥二号飞越机会及所需速度增量. 假设在0t 时刻卫星的状态为000[,]=x r v , 若沿切向施加速度增量∆v 使其从Lissajous 轨道出发, 则可基于日、地、月、卫星四体星历动力学模型, 建立卫星飞越目中国科学: 技术科学 2013年 第43卷 第6期607表11 潜在备选目标的轨道根数(2012-09-29 12:00, 即56200.0MJD)轨道要素 (4179)Toutatis(285263)1998 QE2(242643)2005 NZ6半长轴a (AU) 2.52934 2.4215 1.83393 偏心率e 0.62947 0.57094 0.86452 轨道倾角i (°) 0.446 12.854 8.496 升交点赤经Ω (°) 124.508 250.174 39.531 近心点角距ω (°) 278.564 345.596 48.171 平近点角M (°)348.566 299.293 291.934注: 轨道参数参见http://newton.dm.unipi.it/neodys标小行星时与小行星的距离d f 、飞行时间t f 和切向速度增量v ∆之间的关系. 通过遍历算法或优化算法可得到飞越距离d f 最小的轨道初值[12]. 基于此初值, 选用高精度星历轨道动力学模型, 通过二级微分修正法, 可得到满足两点边值的轨道参数[13, 14].由以上求解过程可得嫦娥二号飞越以上目标所需的速度增量及转移机会, 如表12所示.根据嫦娥二号卫星所能提供的速度增量约束(120 m/s)并结合表12可以看出, (4179)Toutatis 可作为嫦娥二号再拓展任务飞越探测的目标小行星.小行星(4179)Toutatis 是一颗Apollo 型的近地小行星, 其轨道远日点接近木星轨道, 近日点处于地球轨道附近, 它的轨道和木星形成3:1的轨道共振, 和地球形成1:4的轨道共振. 由于轨道倾角非常小(i = 0.446°), 公转周期大约是4年(T = 1469.3 d), 因此小行星(4179)Toutatis 频繁接近地球, 它接近地球时的距离最近达到150万千米. (4179)Toutatis 小行星最近一次靠近地球发生在2008年11月9日, 距离750万千米. 地面雷达观测 (4179)Toutatis 小行星直径约为4.5 km×2.4 km×1.9 km . 嫦娥二号卫星与(4179) Toutatis 小行星的飞行轨道如图1所示.3 结论本文针对嫦娥二号飞越探测小行星的目标选择问题, 基于测控与通信约束、时间约束、成像约束及卫星推进剂约束等, 提出了一套满足任务约束的小天体探测目标选择策略. 首先, 基于飞越时测控与通图1 嫦娥二号卫星与(4179)Toutatis 小行星的轨道信距离小于1500万千米的约束, 并结合小行星的轨道特征, 从近70万颗小行星中选取近地小行星群落, 通过高精度轨道递推筛选出51颗潜在目标星; 然后, 根据嫦娥二号卫星成像约束及小行星物理特性, 进而划定可选目标星的范围, 得到3颗潜在备选目标 星; 最后, 基于多体系统转移轨道两点边值问题的求解, 分析潜在备选目标星飞越探测的机会与速度增量需求, 得到嫦娥二号再拓展任务飞越探测的目标小行星(4179)Toutatis.2012年12月13日16:30, 嫦娥二号成功近距离飞越(4179)Toutatis 小行星, 获得大量高质量图像, 这是国际上首次实现对该小行星的近距离探测, 也是我国首次实现对小行星的飞越探测, 该任务的成功实施也验证了探测目标选择策略的正确性和有效性.表12 潜在备选目标的飞越机会与所需速度增量飞越目标离轨时间飞越时间 所需速度增量 (m/s)(4179)Toutatis 2012/06/07 2012/12/13 87.4 (285263)1998 QE2 2013/03/09 2013/05/31 377.4 (242643)2005 NZ6 2012/07/05 2013/05/04 59.9乔栋等: 嫦娥二号卫星飞越探测小行星的目标选择参考文献1吴伟仁, 崔平远, 乔栋, 等. 嫦娥二号日地拉格朗日L2点探测轨道设计与实施. 科学通报, 2012, 57: 1987–19912Schunova E, Granvik M, Jedicke R, et al. Searching for the first near-Earth object family. 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