嫦娥一號衛(wèi)星（中國第一顆繞月人造衛(wèi)星）

發(fā)展沿革

1994年，中國組織相關(guān)專家對開展月球探測的必要性和可行性進行過初步分析與論證，認為中國已有能力開展月球探測，但由于各種原因，探月計劃未能啟動。

2000年8月，由王大珩等9位院士和總裝備部、航天科技集團、科技部、中科院和高等院校專家組成的評審組成立，對中國科學院提出的“月球資源探測衛(wèi)星的科學目標與有效載荷”進行了論證評審。

2001年，由中國科學院相關(guān)單位組成的專家研究小組成立，有效載荷等關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)和地面應(yīng)用系統(tǒng)等的研究工作開始展開；10月，中國月球探測計劃項目立項。

2002年3月，“月球資源探測衛(wèi)星工程可行性”的立項報告提交。

嫦娥一號衛(wèi)星

2005年11月，嫦娥一號完成了初樣研制工作；12月，嫦娥一號通過了整星正樣設(shè)計評審，衛(wèi)星轉(zhuǎn)入正樣研制階段。

2007年1月19日，嫦娥一號通過整星出廠評審；2月，嫦娥一號衛(wèi)星的發(fā)射窗口確定調(diào)整為2007年10月；8月，嫦娥一號再次待命進場。

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

嫦娥一號衛(wèi)星選用東方紅三號衛(wèi)星平臺，并進行了適應(yīng)性改造。其外形與東方紅三號衛(wèi)星相似，衛(wèi)星本體為一個2.22米×1.72米×2.2米的六面體，兩側(cè)各裝有一個大型展開式太陽電池翼，當兩側(cè)太陽翼完全展開后，最大跨度可以達到18米，重量為2350千克，設(shè)計工作壽命為一年，將運行在距月球表面200千米高的極月圓軌道上。

嫦娥一號星體為立方體，兩側(cè)各有一個太陽帆板，最大跨度達18.1米，重2350千克，工作壽命一年。它將運行在距月球表面200千米的圓形極軌道上。

該衛(wèi)星平臺由結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)、熱控分系統(tǒng)、制導，導航與控制分系統(tǒng)、推進分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)、測控數(shù)傳分系統(tǒng)、定向天線分系統(tǒng)和有效載荷等9個分系統(tǒng)組成。這些分系統(tǒng)各司其職、協(xié)同工作，保證月球探測任務(wù)的順利完成。星上的有效載荷用于完成對月球的科學探測和試驗，其它分系統(tǒng)則為有效載荷正常工作提供支持、控制、指令和管理保證服務(wù)。

根據(jù)我國探月衛(wèi)星工程的四大科學目標，在嫦娥一號上搭載了8種24臺件科學探測儀器，重130千克，即微波探測儀系統(tǒng)、γ射線譜儀、X射線譜儀、激光高度計、太陽高能粒子探測器、太陽風離子探測器、CCD立體相機、干涉成像光譜儀。

任務(wù)載荷

• 運載物品

嫦娥一號上搭載了8種24臺件科學探測儀器，重130千克，即微波探測儀系統(tǒng)、γ射線譜儀、X射線譜儀、激光高度計、太陽高能粒子探測器、太陽風離子探測器、CCD立體相機、干涉成像光譜儀。

• 搭載樂曲

嫦娥一號搭載了30首中國歌曲在太空播放。

工作歷程

2007年10月24日18時05分，搭載著我國首顆探月衛(wèi)星嫦娥一號的長征三號甲運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心三號塔架點火發(fā)射。

嫦娥一號衛(wèi)星

長征三號甲運載火箭在發(fā)射嫦娥一號衛(wèi)星時，通過第一、二級和第三級的第一次點火，先將衛(wèi)星送入近地軌道，并在近地軌道滑行飛行一段時間。

發(fā)射第148秒，火箭一二級分離；第243秒，整流罩分離，火箭飛出了稠密的大氣層；第271秒，火箭二三級分離；第609秒，三級發(fā)動機一次關(guān)機，星箭結(jié)合體進入滑行階段；火箭起飛第1249秒，三級火箭第二次點火；

第1373秒，三級火箭二次點火發(fā)動機關(guān)機。

第1473秒，星箭分離成功，嫦娥一號衛(wèi)星進入近地點約200千米、遠地點約51000千米、運行時間為16小時的大橢圓軌道，成為一顆繞地球飛行的衛(wèi)星。

2007年10月25日下午，地面注入指令，衛(wèi)星上推力為50牛頓的調(diào)姿發(fā)動機開始點火，約4分鐘后，推力為490牛頓的主發(fā)動機點火實施變軌，將衛(wèi)星軌道近地點抬高到離地球約600公里的地方。

2007年10月26日下午，當衛(wèi)星再次到達近地點時，衛(wèi)星主發(fā)動機再次打開，巨大的推力使衛(wèi)星上升到24小時軌道。在24小時軌道上運行3圈后，衛(wèi)星上的主發(fā)動機第三次點火，實施第二次近地點變軌，嫦娥一號衛(wèi)星進入48小時軌道。

2007年10月31日，當衛(wèi)星再一次抵達近地點時，主發(fā)動機打開，衛(wèi)星的速度在短短幾分鐘之內(nèi)提高到10．916千米/秒以上，進入地月轉(zhuǎn)移軌道，真正開始了從地球向月球的飛越。

2007年11月5日前后，嫦娥一號衛(wèi)星到達距月球200千米位置，進行減速制動。

2007年11月5日，從地月轉(zhuǎn)移軌道進入12小時月球軌道。

2007年11月6日前后，嫦娥一號衛(wèi)星進行第二次近月制動，速度進一步降低，衛(wèi)星進入3．5小時軌道，并在這個軌道上運行7圈。

2007年11月7日前后，嫦娥一號衛(wèi)星進行第三次近月制動，進入127分鐘月球極月軌道。這是衛(wèi)星繞月飛行的工作軌道。這個軌道為圓形，離月球表面200千米。

2007年12月11日，"嫦娥一號"已對月球背面進行探測并獲取影像圖。^[2]

2009年3月1日，嫦娥一號在控制下成功撞擊月球。

撞擊地點

嫦娥一號撞月地點位于月球東經(jīng)52.36度、南緯1.50度的豐富海區(qū)域。

建立月球工作軌道后，嫦娥一號衛(wèi)星攜帶的“8種武器”將開始大顯身手，為完成4大科學目標展開緊張而忙碌的工作。如果不出意外，衛(wèi)星所攜帶的CCD立體相機在11月下旬就可以傳回第一張月球照片，這是繞月成功的重要標志。干涉成像光譜儀、激光高度計、CCD立體相機將共同完成第一個科學目標，即獲取月球表面三維立體影像；γ射線譜儀、X射線譜儀將攜手對月球表面有用元素及物質(zhì)類型的含量和分布進行辨析。首次被應(yīng)用到月球探測中的微波探測儀，將對月壤厚度和氦－3資源量展開探測；而由太陽高能粒子探測器和太陽風離子探測器組成的空間環(huán)境探測系統(tǒng)，將通過不間斷地捕捉質(zhì)子、電子和離子，對4萬到40萬千米范圍的“地—月”空間環(huán)境展開探測。

工程任務(wù)

“嫦娥一號”衛(wèi)星發(fā)射后首先將被送入一個地球同步橢圓軌道，這一軌道離地面距離為500公里至7萬公里，探月衛(wèi)星將用26小時環(huán)繞此軌道一圈后，通過加速再進入一個更大的橢圓軌道，距離地面最近距離為500公里，最遠為12萬公里，需要48小時才能環(huán)繞一圈。此后，探測衛(wèi)星不斷加速，開始“奔向”月球，大概經(jīng)過83小時的飛行，在快要到達月球時，依靠控制火箭的反向助推減速。在被月球引力“俘獲”后，成為環(huán)月球衛(wèi)星，最終在離月球表面200公里高度的極地軌道繞月球飛行，開展拍攝三維影像等工作。

中國探月工程首席科學家、中國科學院院士歐陽自遠介紹“嫦娥一號”是我國發(fā)射的最遠距離的衛(wèi)星，距地球的平均距離是38萬公里。

繞月探測工程將完成以下四大科學目標：

1、獲取月球表面三維立體影像，精細劃分月球表面的基本構(gòu)造和地貌單元，進行月球表面撞擊坑形態(tài)、大小、分布、密度等的研究，為類地行星表面年齡的劃分和早期演化歷史研究提供基本數(shù)據(jù)，并為月面軟著陸區(qū)選址和月球基地位置優(yōu)選提供基礎(chǔ)資料等。

2、分析月球表面有用元素含量和物質(zhì)類型的分布特點，主要是勘察月球表面有開發(fā)利用價值的鈦、鐵等14種元素的含量和分布，繪制各元素的全月球分布圖，月球巖石、礦物和地質(zhì)學專題圖等，發(fā)現(xiàn)各元素在月表的富集區(qū)，評估月球礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用前景等。

3、探測月壤厚度，即利用微波輻射技術(shù)，獲取月球表面月壤的厚度數(shù)據(jù)，從而得到月球表面年齡及其分布，并在此基礎(chǔ)上，估算核聚變發(fā)電燃料氦-3的含量、資源分布及資源量等。

4、探測地球至月亮的空間環(huán)境。月球與地球平均距離為38萬公里，處于地球磁場空間的遠磁尾區(qū)域，衛(wèi)星在此區(qū)域可探測太陽宇宙線高能粒子和太陽風等離子體，研究太陽風和月球以及地球磁場磁尾與月球的相互作用。

由月球探測衛(wèi)星、運載火箭、發(fā)射場、測控和地面應(yīng)用等五大系統(tǒng)組成的繞月探測工程系統(tǒng)屆時將實現(xiàn)以下五項工程目標：1）研制和發(fā)射我國第一個月球探測衛(wèi)星；2）初步掌握繞月探測基本技術(shù)；3）首次開展月球科學探測；4）初步構(gòu)建月球探測航天工程系統(tǒng)；5）為月球探測后續(xù)工程積累經(jīng)驗。

“嫦娥一號”搭載了歌曲30首，但是普通電視電臺不能收到嫦娥歌曲信號。由于月球距離地球40萬公里，地面上不可能像聽收音機一樣接收。只能用天線把數(shù)據(jù)調(diào)制成S波段數(shù)據(jù)，地面接收后再把它處理出來，再把這個數(shù)據(jù)文件放到發(fā)射塔上發(fā)射，收音機就聽得見，也可以到網(wǎng)上下載。

30首播放歌曲清單：

《誰不說俺家鄉(xiāng)好》、《愛我中華》、《歌唱祖國》、《梁山伯與祝英臺》、《我的祖國》、《走進新時代》、《二泉映月》、《黃河頌》、《青藏高原》、《長江之歌》、《在希望的田野上》、《春天的故事》、《七子之歌》、《我的中國心》、《高山流水》、《草原上升起不落的太陽》、《中國人》、《貴妃醉酒》選段、《難忘今宵》、《歌聲與微笑》、《春節(jié)序曲》、《半個月亮爬上來》、《游園驚夢》選段、《富饒遼闊的阿拉善》、《十二木卡姆選曲》、《東方之珠》、《在那遙遠的地方》、《我是中國人》、《但愿人長久》

特別選用曲目：

《義勇軍進行曲》、《東方紅》

技術(shù)難點

“嫦娥一號”衛(wèi)星研制過程中的技術(shù)難點有：1、軌道設(shè)計與飛行程序控制問題；2、衛(wèi)星姿態(tài)控制的三矢量控制問題；3、衛(wèi)星環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計移動圖片；4、遠距離測控與通信問題。

“嫦娥一號”衛(wèi)星由中國空間技術(shù)研究院承擔研制，“嫦娥一號”月球探測衛(wèi)星由衛(wèi)星平臺和有效載荷兩大部分組成。衛(wèi)星平臺利用東方紅三號衛(wèi)星平臺技術(shù)研制，科研人員對結(jié)構(gòu)、推進、電源、測控和數(shù)傳等8個分系統(tǒng)進行了適應(yīng)性修改。有效載荷包括CCD立體相機、成像光譜儀、太陽宇宙射線監(jiān)測器和低能粒子探測器等科學探測儀器。

突破技術(shù)

1、軌道設(shè)計技術(shù)。從科學探測的目的和任務(wù)考慮，為了盡可能對全月面進行探測，特別是對月球南北兩極進行探測，嫦娥－1的工作軌道選擇了繞月極軌道。為使嫦娥－1在繞月軌道上任何一處的位置都對月面拍照，并具有相同的分辨率，軌道高度要求保持穩(wěn)定，因此選擇的工作軌道是圓軌道，最終確定為200km高的極月圓軌道，運行周期約為127min。嫦娥－1在這一軌道運行所需能量最少，發(fā)射和變軌過程風險最低，為中國月球探測工程和今后的深空探測軌道設(shè)計積累了經(jīng)驗。

2、天線技術(shù)。在當時全世界搞月球探測的國家中，美國和俄羅斯深空網(wǎng)主力天線的口徑為35m，最大的天線口徑達到了70m，而我國航天測控網(wǎng)最大天線的口徑只有12m，無法滿足月球探測的需要。天線的口徑和探測距離成正比，增大天線口徑可以增加航天測控的距離，提高航天測控網(wǎng)的深空探測能力。經(jīng)過努力，我們用很少的經(jīng)費在喀什站和青島站新建了2個18m直徑的天線，提高了遠距離測控精度，使地面站測控距離從地球近程范圍延伸到月球范圍，保證了嫦娥－1在距離地球4.0×105km遠的太空，仍能很好地建立星地間數(shù)傳與測控信號的無線通信鏈路，為嫦娥－1圓滿完成運行與科學探測任務(wù)奠定了堅實基礎(chǔ)。

3、首次使用紫外月球敏感器。紅外地球敏感器在人造地球衛(wèi)星和宇宙飛船上應(yīng)用非常普遍，但這種敏感器并不能應(yīng)用于月球探測任務(wù)，因為月球沒有大氣層，不具有穩(wěn)定的紅外輻射帶，但有穩(wěn)定的紫外輻射。用紫外月球敏感器作為嫦娥－1的“眼睛”觀察月球，可以在各種月相下工作，包括新月、上弦月、滿月、下弦月，甚至出現(xiàn)日全食時也可以正常工作，無需地面站支持，即可直接獲得對月的俯仰角和滾動角，確定繞月探測器飛行軌道是否平行于月面。

4、解決三體定向問題。以前的地球衛(wèi)星是兩體定向：太陽電池翼對太陽定向，測控通信和有效載荷對地球定向。但月球是三體定向：太陽電池翼對太陽定向，探測儀器對月球定向，收發(fā)天線瞄向地球。一個飛行器同時進行3個方向的定向，在技術(shù)上難度很大。因此，首次采用了雙軸天線自主指向控制技術(shù)，使天線可以上下左右自由活動，能在半球空間內(nèi)實現(xiàn)高精度指向定位要求，從而具有對地球的跟蹤指向能力，將科學探測和遙測數(shù)據(jù)準確傳回地球，并降低通信天線的功耗。

5、溫控技術(shù)。嫦娥－1繞月飛行時，會受到太陽、月球、月球陰影、地球陰影（月食）和太空寒冷背景的影響，外部熱環(huán)境非常惡劣復雜，月球表面溫度變化劇烈，溫差變化在120～－180℃之間。因此，研制出一套能同時適應(yīng)地月轉(zhuǎn)移和月球環(huán)境的溫控系統(tǒng)，使嫦娥－1在熱的時候能夠散熱，寒冷環(huán)境下又能夠保證衛(wèi)星溫度，這是一個很大的挑戰(zhàn)。

工程意義

探月工程是繼人造地球衛(wèi)星、載人航天之后，中國航天活動的第三個里程碑。使我國成為世界上為數(shù)不多的具有深空探測能力的國家，這些都充分體現(xiàn)出我國綜合國力顯著增強，自主創(chuàng)新能力和科技水平不斷提高。

作為第一顆月球探測衛(wèi)星，嫦娥一號衛(wèi)星的研制過程攻克了很多近地衛(wèi)星不曾遇到的難題，開辟了中國航天的新領(lǐng)域，為中國執(zhí)行未來的深空探測任務(wù)積累了豐富的經(jīng)驗。

娥一號衛(wèi)星開展的在軌試驗，充分利用衛(wèi)星的延壽期，獲得了大量有價值的試驗數(shù)據(jù)，為嫦娥二號、三號衛(wèi)星的研制，提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對我國月球探測二期工程的開展和其它深空探測計劃的實施，具有重要的工程意義、科學意義和實踐意義。嫦娥一號衛(wèi)星所開展的各項后續(xù)試驗，一直是在有組織、有計劃、分步驟進行的，試驗的整個過程充分體現(xiàn)了目的明確，策劃充分，方案細致，把握風險，步步推進的特點，最大限度地充分挖掘和發(fā)揮了衛(wèi)星的潛能，取得了重要的科研成果。

雖然針對“嫦娥奔月”帶來的經(jīng)濟效益還沒有一個準確的數(shù)字，但美國的“阿波羅計劃”給我們提供了借鑒，當年，“阿波羅計劃”投資了256億美元，但它同時創(chuàng)造了3000多項新技術(shù)，帶動了美國高新技術(shù)的全面發(fā)展和工業(yè)繁榮，據(jù)估算，"阿波羅"計劃的實施，每投入1美元，最后都能產(chǎn)生4~5美元的經(jīng)濟回報。。大到直徑50米的射電望遠鏡天線，小到防爆配電箱，嫦娥一號工程的不少配套產(chǎn)品都來自民營企業(yè)。在我國航天領(lǐng)域，很多高科技原材料、元器件，從國外采購成本高國有企業(yè)自行研制時間長，從民營企業(yè)中采購軍民兩用產(chǎn)品，成了實惠的選擇。航天技術(shù)能為醫(yī)院創(chuàng)建無菌環(huán)境，原來用于確保宇航員呼吸潔凈空氣的技術(shù)，已經(jīng)被醫(yī)院用來殺滅細菌和病毒；另外，宇航員使用的水循環(huán)處理設(shè)備，將來可以用于凈化被污染的泉水，達到符合飲用的標準。

獲取“全月面三維影像”是嫦娥一號衛(wèi)星取得的重要成果之一。在一年的時間里，該衛(wèi)星按計劃完成了南北緯70度的全月面的三維成像，并首次獲取了月表極區(qū)的全部影像。根據(jù)中國探月工程指揮部的決定，衛(wèi)星還開展了月球兩極影像拍攝試驗，至2008年7月1日，完整獲取了月球兩極的影像數(shù)據(jù)，補充制作了月球極區(qū)影像圖?！版隙鹨惶枴翱础北榱嗽虑虻拿恳淮缤恋?，并完整傳回了數(shù)據(jù)。

完成使命

在經(jīng)過494天的飛行之后，2009年3月1日，中國首顆深空探測衛(wèi)星———嫦娥一號以撞擊月球的方式，結(jié)束了它的工作使命。探月工程首席專家歐陽自遠評價“即使悲壯也值得”。

嫦娥一號衛(wèi)星于2009年3月1日下午15時36分開始減速，經(jīng)過37分鐘的減速，衛(wèi)星成功落在月球的豐富海區(qū)域。據(jù)北京航天飛控中心的最后確認：嫦娥一號衛(wèi)星對月球的撞擊點位于南緯1.50度，東經(jīng)52.36度。北京天文館館長朱進說，“豐富?！笔且粋€月海的名字，從撞擊坑的坐標來看，是距離月球赤道比較近的一個點，從地球上能看到。嫦娥一號衛(wèi)星在軌運行一年中，共傳回1.37TB(1TB=1024GB)的有效科學探測數(shù)據(jù)，獲取了全月球影像圖、月表部分化學元素分布等一批科學研究成果，圓滿實現(xiàn)工程目標和科學目標。

成就

嫦娥－1首次利用CCD立體相機獲得了120m分辨率全月球影像圖、三維月球地形圖等成果，而且包含了月球的南北極。在此之前，全世界沒有一個國家獲得過月球的三維立體全月圖。雖然月球的地圖國外已繪制很多，但多為平面圖，三維立體圖很少，而且還有很多空白，因為月球上高緯度的地方太陽是斜照的，光線不足，拍照效果就差一些。一般來說，在70°（S）～70°（N）就很難拍攝了，南北極地區(qū)有些深坑，太陽永遠照射不到，也沒有繪制成地圖。嫦娥－1采取與其他國家不同的思路，搭載1臺CCD立體相機和1臺激光高度計，兩者結(jié)合起來就能繪制成一張比較精細、全面的月球立體地圖，而美國的“克萊門汀”月球探測器曾獲得過75°（S）～75°（N）之間的110m分辨率月球圖像，但不包括月球的南北極。嫦娥－1的X射線譜儀和γ射線譜儀可以為月球透視，探明了14種有用元素在全月球上的含量與分布特征。比如關(guān)于氦－3，我們既驗證了美國人的說法，也有自己的獨特看法。美國人說月球上的氦－3資源量在1.0×10^6～5.0×10^6t左右，我們認為是偏向于低端的1.0×10^6t左右。如果用于未來核聚變發(fā)電，能夠滿足人類社會1萬年以上的能源需求。

無論從工程上還是從技術(shù)上，嫦娥－1都獲得了很大的成功，更重要的是通過這個項目培養(yǎng)鍛煉了一批人才，平均年齡不到30歲，形成了我國深空探測的基本隊伍，現(xiàn)在所有的深空探測項目隊伍都是從這支隊伍慢慢擴展、壯大成長起來的。

嫦娥－1投入了14億元人民幣，包括了探測器、火箭、2個地面站等，僅相當于修建2km地鐵的費用。國家當時投了20億元人民幣，余下的6億又作了個備份，即嫦娥－2，因為科學實驗總要允許失敗。

所獲榮譽

總體評價

嫦娥一號衛(wèi)星在軌運行一年中，共傳回1.37TB的有效科學探測數(shù)據(jù)，獲取了全月球影像圖、月表部分化學元素分布等一批科學研究成果，圓滿實現(xiàn)工程目標和科學目標。（中國政府網(wǎng)評）

嫦娥一號衛(wèi)星開展的在軌試驗，充分利用衛(wèi)星的延壽期，獲得了大量有價值的試驗數(shù)據(jù)，為嫦娥二號、三號衛(wèi)星的研制，提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對中國月球探測二期工程的開展和其它深空探測計劃的實施，具有重要的工程意義、科學意義和實踐意義。

嫦娥一號衛(wèi)星首次繞月探測的圓滿成功，樹立了中國航天的第三個里程碑，突破并掌握一大批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)，使中國成為世界上為數(shù)不多的具有深空探測能力的國家，實現(xiàn)了多個中國航天史及航天器的“第一”：第一次研制并成功發(fā)射中國首顆繞月探測衛(wèi)星；第一次實現(xiàn)了繞月飛行和科學探測；第一次形成了深空探測任務(wù)的總體設(shè)計思路和研制流程，這些都充分體現(xiàn)出中國綜合國力顯著增強，自主創(chuàng)新能力和科技水平不斷提高。