2010年10月1日，嫦娥二号在西昌卫星发射中心发射升空 [1-2]；2010年10月6日，嫦娥二号被月球捕获，进入环月轨道 [3]；2011年8月25日，嫦娥二号进入拉格朗日L2点环绕轨道 [4]；2012年12月15日，嫦娥二号工程宣布收官 [4]。
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 [5]。
研制历程
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2007年12月17日，嫦娥一号备份星命名为嫦娥二号 [7]。
2008年6月24日，嫦娥二号卫星专题研究会召开；7月，嫦娥二号第二轮总体方案论证工作完成；10月，嫦娥二号经国务院批准立项。2008年，嫦娥二号整星方案设计完成，主要开展顶层策划、技术状态清理及复核、总体规范制订等研制工作及任务轨道设计、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专项试验工作 [7]。
2009年，嫦娥二号单机、技术试验和有效载荷两个分系统的初样研制完成；速高比补偿对测定轨精度要求、15千米轨道飞行大系统保证等专题协调及全部专项试验完成；正样产品研制、总装、AIT阶段电性能测试和软件/FPGA 落焊工作完成；并开展了轨道设计、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。
运行历程
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发射升空
日期 | 时间 | 飞行时间 | 事件 |
|---|---|---|---|
2010年10月1日 | 11:00 | / | 正式进入发射程序，举行最后一次气象“大会商” |
13:30 | / | 气象报告出炉，开始低温为火箭加注液氢 | |
17:00 | / | 进入射前系统，地面开始给系统加电 | |
18:20 | / | 2号塔架回转平台从上而下逐级展开 | |
18:45 | / | 最后一批勤务人员离开2号发射塔架 | |
18:58:27 | / | 火箭从地面供电转为系统内部电池供电 | |
18:58:57 | / | 倒计时60秒，准备点火发射 | |
18:59:57 | / | 点火 | |
19:00:00 | / | 起飞 | |
19:02:07 | 127.4992秒 | 助推器分离 | |
19:02:23 | 143.4972秒 | 一二级分离 | |
19:04:15 | 255.4117秒 | 抛掉整流罩 | |
19:05:24 | 324.7087秒 | 二三级分离 | |
三级一次关机 | |||
三级二次点火 | |||
三级二次关机 | |||
末速修正关机 | |||
19:25:33 | 1533秒 | 星箭分离 | |
参考资料： [1-2] | |||
在轨运行
2011年4月，嫦娥二号设计寿命期满，既定工程目标与科学任务完成 [4]。
拓展运行
4179 号小行星照片1 (曝光时间: 7 ms) [10]2011年8月25日，嫦娥二号进入拉格朗日L2点环绕轨道 [4]。
2012年6月1日，嫦娥二号受控变轨，进入飞往小行星的转移轨道 [4]。
2012年12月13日，嫦娥二号在与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。
2012年12月15日，嫦娥二号飞抵距地球约700万千米远的深空，与图塔蒂斯小行星擦身而过，标志着嫦娥二号再拓展试验成功，嫦娥二号工程宣布收官 [4]。
2013年1月5日，嫦娥二号与地球距离突破1000万千米。
2013年2月28日，嫦娥二号与地球距离突破2000万千米。
2013年7月14日，嫦娥二号与地球距离突破5000万千米 [11]。
2013年11月26日，嫦娥二号与地球距离突破6100万千米 [12]。
2014年年中，嫦娥二号与地球距离突破1亿千米 [13]。
飞行任务
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飞行计划
嫦娥二号飞行任务分为7个阶段：射前准备阶段、主动段、调相轨道阶段、地月转移阶段、月球捕获阶段、环月工作状态建立阶段和环月运行阶段。
序号 | 开始时间 | 飞行计划 |
|---|---|---|
1 | 2010年10月1日 | 发射升空 |
2 | 2010年10月2日 | 地月转移 |
3 | 2010年10月6日 | 月球捕获 |
4 | 2010年10月6日 | 环月探测 |
5 | 2011年4月14日 | 月球轨道深化探测 |
6 | 2011年6月9日 | 月球至拉格朗日L2点转移 |
7 | 2011年8月25日 | 日地拉格朗日L2点探测 |
任务目的
1、获取月球表面三维影像，分辨率优于10米，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 [14]。
2、探测月球物质成分，探测月球表面硅、镁、铝、钙、钛、钾、钍、铀等元素的含量与分布特征，获得更高空间分辨率和探测精度的元素分布图 [14]。
3、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，获取微波辐射亮度温度数据，估算月壤厚度 [14]。
4、探测地月与近月空间环境。嫦娥二号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、太阳风及其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，可为中国探月工程后续任务提供环境科学数据 [14]。
任务特点
- “快、近、精、多”
关键词 | 特点描述 |
|---|---|
快 | 嫦娥二号卫星由运载火箭直接送入环月轨道，不经过过度轨道，效率更高。 |
近 | 嫦娥二号环月轨道降低到100千米，最近点只有15千米，以更近距离来观察月球。 |
精 | 嫦娥二号测量精度提高，100千米轨道时相机分辨率为10米，15千米轨道时达1.5米，分辨率高。 |
多 | 嫦娥二号进行的实验多，如深空探测、降落相机试验等项目。 |
参考资料： [15] | |
- 飞行过程控制复杂
嫦娥二号需要经过100千米×100千米和100千米×15千米试验环月轨道，需要经历多次复杂的轨道和姿态机动，对卫星轨道控制要求高 [16]。
- 空间环境复杂
嫦娥二号在寿命期内，需经历两次月食，每次月食的有效阴影时间在3小时左右。在此期间，卫星无法获得光照能源，卫星温度会迅速降低，对卫星能源、温度、整星工作模式要求高 [16]。
- 三体组合控制模式复杂
嫦娥二号环月期间，星体要对月定向，太阳翼要对日定向，定向天线要对地定向，因此对卫星本体、太阳翼、天线的姿态控制要求高 [16]。
- 新研和改进的设备多
嫦娥二号卫星除包含嫦娥一号的6种有效载荷，还增加了技术试验分系统，包括X频段应答机、降落相机等工程载荷，因此卫星系统智能终端类型复杂，对卫星的信息收集、存储、压缩、编码等处理模式有特殊要求 [16]。
技术状态
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技术要求
项目 | 技术要求 |
|---|---|
卫星重量 | ≤2480千克 |
卫星干重 | ≤1175千克 |
工作轨道 | 100千米×100千米 |
试验轨道 | 100千米×15千米 |
卫星寿命 | 6个月 |
结构本体尺寸 | 2000毫米×1720毫米×2200毫米 |
对月指向姿控精度 | ≤±1度(3σ) |
对月指向姿控稳定度 | ≤0.005度/秒 |
推进方式 | 双组元统一推进系统 |
供电输出功率 | 1466瓦 |
入射角 | 45度入射角 |
测控体制 | USB+VLBI |
遥测码速率 | 512比特每秒/1024比特每秒(编码后) |
遥控码速率 | 125比特每秒 |
编码方式 | 卷积编码/LDPC编码 |
数传调制方式 | BPSK |
数传码速率 | 6兆比特每秒 |
参考资料： [17] | |
卫星组成
嫦娥二号选用东方红三号卫星平台，总质量2350千克，设计寿命一年，尺寸为2000毫米×1720毫米×2200毫米，继承资源一号、二号等地球卫星的成熟技术和产品进行适应性改造。
嫦娥二号卫星共有10个分系统，可分为服务系统和载荷两部分。服务系统包括：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、定向天线和技术试验等。载荷分系统由CCD立体相机、微波探测仪、太阳高能粒子探测器等多种载荷组成。
测控通信
飞行运载
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- 总述
嫦娥二号携带的科学仪器- APS相机
嫦娥二号搭载4台APS相机做为技术试验分系统的主要设备，对相机进行新技术试验验证。主要包括几方面的内容，即APS 在轨成像技术，高度系统集成技术、自动曝光技术、高倍率压缩技术、空间环境适应性成像设计等几项关键技术 [10]。
- CCD立体相机
嫦娥二号搭载TDI-CCD相机，采用多条线阵CCD对同一目标多次曝光原理，可以满足分辨率提高对相机曝光控制的要求，可在近月弧段局域地区获取地元分辨率优于1.5米的超高分辨率图像 [18]。
- 太阳高能粒子探测器
嫦娥二号搭载有太阳高能粒子探测器，可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，用于研究太阳活动与地月空间及近月空间环境的相互作用，为后续探月工程提供环境科学数据 [19]。
- X射线、γ射线谱仪
嫦娥二号搭载有γ射线谱仪，其探测晶体使用溴化镧新材料，探测灵敏度提高了1倍多；嫦娥二号所搭载X射线谱仪可以探测月球表面的硅、镁、铝、钙、钛、钾、钍、铀等9种元素的含量与分布特征，获得更高空间分辨率和探测精度的元素分布图 [19]。
技术保障
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关键技术
2、针对月球不均匀重力场及高起伏地形环境，突破月球拟冻结轨道设计、卫星自主惯性对准、机动轨道拼接等关键技术，首次成功实现100千米圆轨道和100千米×15千米轨道飞行，首次实现在月球背面无测控条件下主发动机点火变轨。卫星轨道控制精度最高达到0.02%。
3、在国际月球探测中，嫦娥二号首次采用时间延时积分（TDI）成像技术，设计了由地面行频数据注入和测高数据辅助两种速高比补偿成像方法，获得了7米分辨率的全月球立体影像；获得了1.3 米分辨率的局部影像，达到国际先进水平。
4、创新研制首台基于统一载波体制的X频段高灵敏度数字化测控应答机，实现了深空探测领域星载测控技术的多项突破。在轨试验验证了X频段深空测控体制和技术。突破了差分单向测距（DOR）干涉测量、X频段数字化应答机和地面S/X双频段测控设备研制等关键技术，测速精度达到1毫米/秒、测距精度达到1米，实现了7.8125比特每秒的极低码速率遥控。
5、突破微小型智能化设计技术，首次实现了地月空间飞行过程监视成像。首次实时获取了太阳翼展开、天线展开/转动、主发动机点火等关键环节的动态图像。
7、首次在轨验证了推进系统高压气路长寿命技术，为高强度（时间跨度半年以上，次数10次以上）轨道机动及后续L2点、小行星探测试验奠定动力基础。
8、首次突破探测敏感器、载荷一体化技术，利用成像敏感器完成星地大回路导航试验。
9、在地月星和日地星双三体复杂环境下，针对日、地引力平动点摄动复杂、轨道设计无解析解、测控距离远等难点，攻克了非线性系统流形设计、低能量转移轨道控制等技术，实现了从月球轨道飞赴L2点的轨道设计、飞行控制和远距离测控通信。在国际上首次实现从月球轨道飞赴日-地拉格朗日L2点探测，开展了对地球远磁尾离子能谱、太阳耀斑爆发和宇宙伽马爆的科学探测，使中国成为继美、欧之后第3个实现L2点开展空间探测的国家。
10、突破距地1000万千米远的深空轨道和测控通信技术，首次实现行星际飞行。基于能量、距离和时间及目标物理特性等强约束，提出潜在小行星目标选取策略，在国际上首次设计并实现了逼近飞越探测方式及基于高速交会渐远点凝视成像技术。国际上首次成功逼近飞越4179图塔蒂斯小行星并获取3米分辨率光学彩色图像。
12、 通过创新设计、全面验证、精心实施, 充分利用卫星剩余资源，发挥卫星潜能，从月球到L2再到图塔蒂斯，实现了具有国际特色和水准的多目标多任务探测，取得了“好、快、省”的突出实效。
13、通过对以往研究成果的转化、应用，开展国内外多站专项观测，实现了目标小行星定轨和预报，精度达到国际先进水平 [20]。
太空实验
序号 | 实验 |
|---|---|
1 | 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 |
2 | 试验X频段深空测控技术，初步验证深空测控体制 |
3 | 验证100千米月球轨道捕获技术，积累更多近月空间环境数据 |
4 | 验证100千米×15千米绕月椭圆轨道机动与快速测定轨技术 |
5 | 试验低密度校验码遥测信道编码、高速数据传输、降落相机等技术 |
6 | 对嫦娥三号任务预选月球虹湾着陆区进行高分辨率成像试验 |
7 | 从月球轨道飞往日地L2点的转移和试验 |
参考资料： [14] | |
荣誉表彰
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获奖时间 | 获奖名称 | 所获奖项 | 颁发单位 |
|---|---|---|---|
2012年 | 嫦娥二号工程 | 国家科学技术进步奖特等奖 | / |
参考资料： [21] | |||
价值意义
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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 [5]。（中国科学院院士、探月工程嫦娥二号任务工程研制单位代表、运载火箭总设计师 姜杰 评）
虹湾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 [23]。（《人民日报》 评）
