嫦娥二號衛星是中國第二顆探月衛星，第二顆人造太陽系小行星，中國探月工程二期技術先導星。由中國空間技術研究院研制的嫦娥二號衛星是中國第壹顆探月衛星嫦娥壹號的備份衛星。沿用東方紅三號衛星的平臺，造價約6億元。
嫦娥二號衛星於10 10 10 18:59 57秒在西昌衛星發射中心由長征三號丙運載火箭成功發射，成功進入地月轉移軌道。
嫦娥二號完成了壹系列工程和科學目標，獲得了分辨率優於10米的月球表面三維圖像、月球物質成分分布圖等資料。2011 4月1日，嫦娥二號展開試驗，完成進入太陽和地球拉格朗日L2點周圍軌道進行深空探測等實驗。此後，嫦娥二號通過飛越小行星4179(圖塔蒂斯)成功進行了再膨脹試驗，嫦娥二號工程結束。
壹.發展歷史
2007年6月5438+2月65438+2月7日，嫦娥壹號衛星任務圓滿完成後，探月與空間工程中心組織各系統開展了備份星任務初步方案論證，並按照順序命名的原則命名備份星嫦娥二號。
2008年6月24日，嫦娥二號衛星座談會召開。
2008年7月，中國空間技術研究院作為衛星研制單位，完成了第二輪總體方案論證，上報探月與航天工程中心。嫦娥二號衛星最終確定以嫦娥壹號衛星為基礎，根據任務要求進行技術改進後，作為“探月工程二期先導星”開展前期飛行試驗。
2008年，10月經期獲國務院批準。
嫦娥二號衛星從任務設計開始，經歷了方案、初樣、樣機、發射實施等階段。僅用了兩年多的時間就完成了開發和上線實施任務。2008年主要完成整星設計，開展頂層規劃、技術狀態清理和評審、總體規範制定等工作。開展了任務軌道設計、大系統間接口協調、分系統技術規範制定、X波段轉發器、針對任務需求和環境變化的專項試驗等新產品技術研究。
在頂層規劃中，已經完成了各階段、各層次的技術流程、專項測試、質量保證和風險控制。衛星系統直接進入樣機研制階段；新開發的單機和技術測試子系統經歷方案、初樣和正樣的完整階段；因為大部分單機都是為提高性能指標而改裝或新研制的產品，所以有效載荷分系統是從最初的樣品開始的。在技術攻關的同時，設計並開展了推進氣路和490 N發動機延壽設計與驗證、太陽翼近月高溫適應性、時間延遲積分(TDI-CCD)相機速高比補償等15專項試驗。
2009年全面推進產品開發、系統集成和測試驗證。完成了單機、技術試驗和有效載荷分系統初步樣機研制，完成了定軌精度速高比補償和15 km軌道飛行系統保障專項協調，完成了全部專項試驗。完成了樣機產品研發、總裝、AIT階段電氣性能測試和軟件/FPGA焊接。並行開展了軌道設計和空間單粒子效應防護的質量復查和復核重算，補充了“軌道設計、飛行程序、彩虹灣成像、監視相機/紫外成像”的技術研究和協調。2009年8月，它通過了原型設計的審查。2010年，課題組完成了EMC、力學、熱真空等大型試驗。在對衛星系統本身進行全面充分驗證的基礎上，完成了與載體對接、測控對接、大型系統無線聯試等大型系統的對接測試，驗證了系統間接口的正確性和匹配性。2010年6月完成質量審查和出廠審查。
2010 7月10日，嫦娥二號衛星進入西昌衛星發射中心。
二、承載性能
嫦娥二號衛星系統共有13個子系統，包括總體和綜合測試分系統及結構、熱控、制導/導航與控制(GNC)、推進、供配電、數據管理、測控數據傳輸、定向天線、技術測試(工程載荷)、有效載荷。衛星發射質量2480 kg，幹重1169 kg，承載166 kg載荷(其中有效載荷136 kg，工程載荷30 kg)。[6]
新表演
根據發射能力，嫦娥二號衛星發射重量比嫦娥壹號增加130 kg，燃料可提供約2.3 km/s的總提速；在測控數據傳輸能力方面，采用LDPC編碼功能，提高增益約2.5 dB與卷積編碼相比。增加了工程載荷的數據傳輸通道，設計了最低23.4375kbps的多文件碼率，可支持距離地面最遠2000萬公裏的數據傳輸。在機動飛行能力方面，在基於高精度加速度計的軌道控制技術基礎上，改進加速度計測量範圍、姿態控制補償、燃料量預測等方面，提高軌道控制精度；采用實時和延時強制卸載方法，實現姿態和軌道的耦合控制；自主慣性對準功能用於提高航跡控制的自主性；設計增加了大推力軌道維護功能，在保證可靠性的前提下，提高了控制精度和自主性。此外，推進系統的工作壽命將從3個月提高到6個月以上。
第三，太陽高能粒子探測器
嫦娥二號衛星在軌運行期間，恰逢太陽活動高峰期，是探測和研究太陽高能粒子事件、CME(日冕物質拋射)、太陽風及其對月球環境影響的最佳探測期。利用太陽高能粒子探測器和太陽風離子探測器，可以獲得行星際太陽高能粒子和太陽風離子的通量、成分和能譜及其時空變化特征，可用於研究太陽活動與地月和近月空間環境的相互作用。為後續探月工程提供環境科學數據。
在嫦娥二號衛星上，還有壹個管理系統來指揮、控制和管理這七個儀器，並收集數據。其中，大容量存儲器是壹種新開發的設備。其存儲容量從嫦娥壹號的48GB提升到128GB，吞吐率更高，處理速度更快。這使得七個有效載荷的工作效率更高，數據更可靠。
第四，推進系統
嫦娥二號推進系統采用高性能雙組分推進系統，嫦娥二號推進系統配備1 490N發動機，用於嫦娥二號衛星的軌道機動。配置12推力器10 N，分為兩路互為備份，用於嫦娥二號衛星姿態控制和軌道調整；配備兩個推進劑貯箱——氧化劑貯箱和燃燒劑貯箱，分別裝有氧化劑(四氧化二氮)和燃燒劑(甲基肼)，為490 N發動機和10 N推力器提供所需推進劑；提供1氣路系統，在490 N發動機點火過程中為推進劑貯箱提供壓力穩定的氦氣。兩個氦氣瓶是儲存高壓氦氣的容器，通過減壓器將高壓氦氣降壓並穩定到坦克工作所需的壓力。兩個止回閥用於防止貯箱內的推進劑蒸汽擴散到減壓器，從而避免減壓器下遊的兩種推進劑蒸汽接觸而發生爆炸的危險。
動詞 （verb的縮寫）飛行控制支持系統
根據任務特點，首次系統地提出了衛星飛控保障系統的總體框架和設計思路:基於數字仿真技術，解決了相關關鍵部件的建模，采用統壹的衛星姿態和軌道動力學模型進行驅動，將數學仿真子系統、飛控演練子系統、可視化仿真工具等獨立模塊有機結合，通過系統集成和創新，實現了全面實用的飛控保障系統。通過輔助分析工具和數學仿真對關鍵飛行事件進行任務輔助設計，可以實現策略生成的實時性，通過面向執行層面的1:1飛控流程演練的有效組合，達到有效預測飛控任務執行效果的目的。
主要功能:
1)衛星姿態與軌道動力學模型功能:飛控支持系統動力學軟件環境具有高精度和自主選擇能力，可根據軌道位置驅動，即根據軌道特性自主選擇主軌道動力，實現對動力學模型調整的自適應能力。
2)輔助分析工具功能:基於數字仿真，生成關鍵任務中的姿態控制策略，利用天文矢量計算、定向天線指向計算、太陽翼指向計算、姿態機動的軌道擾動計算、發動機推力計算、相機/星敏感器雜散光抑制計算等數學模塊完成相關仿真計算。
3)數學仿真子系統的功能:與物理/半物理仿真系統不同，數學仿真子系統的設計完全基於軟件，具有系統穩定性好、執行速度快、仿真結果壹致性高的特點。可以多次仿真驗證正常模式的設計方案和故障模式的策略方案以獲得最優設計，還可以及時驗證不同飛行狀態下衛星動力學模型建模的正確性。它是形成飛行控制策略的有效輔助設計工具。
4)飛控演練子系統:飛控演練子系統是對任務執行的模擬。其仿真環境包括“軟”和“硬”兩個方面，核心是由星載計算機和動力學模型組成的星地對接系統。該系統可以直接接收衛星數據塊，隨時實時模擬飛行控制過程，預測飛行控制執行過程，驗證飛行控制策略的正確性，檢查機載指令模塊的有效性。[12]
5)視景仿真工具:視景仿真工具主要完成成像任務的預期成像效果，尤其是針對小行星飛越成像任務。視景仿真工具在動態模型的驅動下，直接預測任務過程中視場內目標的大小、亮度、畸變、視運動、背景星空等效果，支持方案選擇和仿真驗證。飛控支持系統的子模塊可以聯合使用來模擬和驗證重要策略，也可以獨立使用來優化任務參數。以飛越圖塔蒂斯小行星事件為例，給出了飛控支持系統地面仿真驗證的工作流程。
實際載荷
註:衛星的有效載荷是直接執行特定衛星任務的儀器、設備或子系統。
嫦娥二號衛星* * *搭載了5大類7臺科學探測儀器。使用高分辨率的CCD立體攝像機。提高了激光高度計的空間分辨率和數據更新頻率。通過增加刻度源和更換探測晶體，提高了γ/X射線譜儀的探測精度，擴展了探測類型。
不及物動詞任務和要求
嫦娥二號衛星預定任務軌道包括地月直接轉移軌道、近月捕獲軌道、100km和100km×15 km任務軌道。擴展的任務部分包括月球逃逸軌道(相位調制軌道)、轉移軌道、日地L2軌道和小行星會合軌道。
嫦娥二號衛星除了以獨特的時間窗完成月面制動，還需要完成項目的其他既定任務，包括後續著陸任務中功率下降前的所有軌道機動試驗；擴展的任務包括繞L2點飛行和4179小行星會合控制。在月球探測中，從100km的圓軌道到100km*15 km的橢圓軌道，必須在不可測弧段內安排兩次軌道下降機動。
任務特征
衛星的整個任務可分為7個相對獨立的階段:發射前準備階段、活動階段、調相軌道階段、地月轉移階段、月球捕獲階段、繞月工作狀態建立階段和繞月運行階段。
1)飛行過程控制復雜。嫦娥壹號需要飛行380000km來捕獲月球，而嫦娥二號需要經過100km×100km和100km×15km來測試繞月軌道。需要經過多次復雜的軌道和姿態機動，對衛星軌道控制要求很高。
2)空間環境復雜。突出表現在月食問題上，嫦娥壹號衛星壹生需要經歷兩次月食，每次月食的有效陰影時間在3小時左右。在此期間，衛星得不到光能，衛星的溫度會迅速下降。因此，對衛星能量、溫度、整星工作模式的要求較高。
3)三體聯合控制方式復雜。衛星繞月軌道運行期間，恒星要朝向月球，太陽翼要朝向太陽，定向天線要朝向地面。因此，對衛星本體、太陽翼和天線的姿態控制要求較高。
4)有許多新開發和改進的設備。嫦娥二號衛星不僅包含了嫦娥壹號衛星中的六種有效載荷，還增加了壹個技術測試分系統，包括X波段轉發器、著陸相機等工程載荷。因此，衛星系統中的智能終端類型復雜，對衛星信息的采集、存儲、壓縮、編碼等處理方式有特殊要求。
技術要求
為了避免碰撞(月山最高高度超過10km)，近幾個月15km的穩定飛行也依賴於自主、可靠、高精度的軌道控制。擴展任務的實現還需要高精度的軌道控制，比如從月球軌道到L2點的轉移軌道，對速度控制高度敏感。近地小行星的控制不僅需要高精度的軌道控制，還需要高可靠性的軌道控制策略。
嫦娥二號衛星的任務軌道之壹是100km*15 km的橢圓軌道。由於衛星近月高度低、速度快，如果軌道控制誤差較大，近月位置會發生變化，偏離感興趣的目標區域，也影響連續測控條件。如果太大，甚至有衛星撞月的風險。所以嫦娥二號的軌道控制必須足夠精確。第1次近月制動是唯壹的，所以需要在近月附近減速，否則衛星會飛離月球，再次到達月球附近需要耗費大量的燃料和時間，甚至根本不可能。而且，可靠的控制和穩定的運行可以節省燃料預算余量，減少燃料用量，這是執行擴展任務的基礎。因此，對衛星提出了很高的可靠性要求。為了保證按計劃及時實施變軌，考慮到情況惡劣，在沒有地面測控支持的情況下，衛星也要具備壹定的自主變軌能力。特別是對於擴展任務中的星際飛行，更無法實時獲得距離地球數千公裏的地面支持，因此提出了自主容錯和故障處理的能力。
七。工程意義
1，技術突破
(1)在後續的著陸任務中設計驗證了動力下降前的所有軌道和機動飛行控制技術，直接進入地月轉移軌道，首次使用X波段測控，高分辨率成像嫦娥三號著陸區。
(2)針對月球重力場不均勻、地形起伏大的環境，突破了月球準凍結軌道設計、衛星自主慣性對準、機動軌道拼接等關鍵技術，首次成功實現100km的圓軌道和100km×15km的軌道，實現了月球背面無測控的主發動機點火變軌。衛星軌道控制精度達到0.02%。
(3)在國際探月中，首次采用時間延遲積分(TDI)成像技術，設計了地面行頻數據註入和測高數據輔助的速高比補償兩種成像方法，獲得了7m分辨率的全月球立體影像；獲得了分辨率為1.3 m的局部影像，達到國際先進水平。
(4)創新研發首個基於統壹載波體制的X波段高靈敏度數字TT&C轉發器，實現深空探測領域星載TT&C技術多項突破。在軌測試驗證了X波段深空TT&C系統和技術。突破了差分單向測距(DOR)幹涉測量、X波段數字轉發器、地面S/X雙波段測控設備研制等關鍵技術。測速精度達到1 mm/s，測距精度達到1m，實現了7.8125 bps的極低碼率遙控。
(5)突破微型智能設計技術，首次實現地月空間飛行過程的監測與成像。首次實時獲取太陽翼展開、天線展開/旋轉、主發動機點火等關鍵環節的動態圖像，為後續重要飛行事件提供了可視化手段。
(6) LDPC編解碼在航天工程中首次應用於空間段，編碼增益、效率等主要指標優於國際(CCSDS)標準，提高了我國在國際深空信道編解碼領域的地位和話語權。
(7)推進系統高壓氣路長壽命技術首次在軌驗證，為高強度(時間跨度半年以上，次數10次以上)軌道機動及後續L2點和小行星探測試驗奠定了動力學基礎。
(8)首次突破探測敏感器與載荷壹體化技術，利用成像敏感器完成星地回路導航試驗。
(9)在地月、日地衛星復雜環境下，針對日地引力天平動點復雜攝動、軌道設計缺乏解析解、TT&C距離遠等難點，攻克非線性系統流形設計、低能轉移軌道控制等技術，實現月球軌道到L2點的軌道設計、飛行控制和遠距離TT&C通信。在世界上首次實現從月球軌道飛到日地拉格朗日L2點。對地球遠磁尾離子、太陽耀斑爆發和宇宙伽馬爆發的能譜進行了科學探測。中國已經成為繼美國和歐洲之後第三個在L2進行太空探索的國家。
(10)突破距離地面10萬公裏的深空軌道和TT&C通信技術，首次實現星際飛行。基於能量、距離和時間的強約束，結合目標的物理特性，提出了潛在小行星目標的選擇策略，在國際上首次設計並實現了基於高速交會衰落點的逼近飛行探測方法和凝視成像技術。在國際上首次成功接近飛越4179的小行星Tutatis，獲得了3m分辨率的光學彩色圖像。
(11)創新性利用拉格朗日點繞太陽運行的特性，在衛星推進劑、星地通信距離和地面大型天線進步的約束下，在國際上首次從拉格朗日點轉移飛越小天體。
(12)通過創新設計、全面驗證、精心實施，充分利用衛星剩余資源，發揮衛星潛力，實現了具有國際特色和標準的多目標多任務探索，取得了“又好又快又省”的突出效果。
(13)通過對前期研究成果的轉化應用，開展了國內外多站專項觀測，實現了對目標小行星的定軌預報，精度達到國際先進水平。
2.科學成就
嫦娥二號搭載了CCD立體相機、γ譜儀、太陽風離子探測器、高能粒子探測器等7種科學有效載荷，獲取了高分辨率全月球影像、虹灣地區局部影像、地月空間等約6 TB原始數據。根據我國探月工程科學數據發布政策，已向包括香港、澳門在內的我國相關高校和科研院所發布，將帶動我國月球與空間科學科學數據的分析研究。目前已經取得了許多重要的科學成果，如空間分辨率為7 m的全月球圖像和月球表面各種元素的分布圖。科學數據的分析和研究是壹個長期的過程。經過壹段時間的研究，基於嫦娥二號獲得的數據，科學家們將進壹步加深對月球科學和空間科學的認識和理解，獲得更多的創新成果，以回答月球和太陽系的起源等科學問題。
2012 12 13 16:30，嫦娥二號衛星經過200天的跋涉和5次修正，近距離通過圖塔蒂斯，成功獲取完整的高分辨率影像。此次任務的成功實施創造了多項紀錄:首次從拉格朗日點進行小行星探測；首次近距離探測圖塔蒂斯；首次獲得了關於圖塔蒂斯的高分辨率光學圖像。
通過嫦娥二號的任務和擴展實驗，獲得了嫦娥三號預選著陸區虹灣地區的高分辨率影像。驗證了在月球背面不可見的情況下，采用了大推力自主軌道的主機機動技術，為嫦娥三號軟著陸進行了技術驗證，奠定了良好的基礎。
CCD立體相機在月球虹灣地區獲得了空間分辨率約為1.3m的35軌局部立體影像，以及空間分辨率為7m、覆蓋範圍為100的全月立體影像，這是迄今為止世界上最高、最清晰的全月立體影像。