[科普中国]-飞天探测器

概况

“飞天”探测器（HITEN）是日本的月球探测器，又名缪斯-A（MUSES-A），由日本宇宙科学研究所研制，于1990年1月24日用M-3S-2运载火箭从鹿儿岛航天中心发射。任务目的是验证航天器轨道精确确定和控制、高效数据传输技术；进行月球借力飞行实验；利用地球进行大气制动实验；验证“飞天”探测器上携带的“羽衣”子卫星进入月球轨道的技术；测量地月间的宇宙尘埃。

“飞天”探测器发射后成功进行了10项月球借力飞行实验和大气制动实验。1990年3月18日，固体火箭发动机点火，将探测器送入距离月球16500Km的绕月运行轨道。“飞天”探测器在即将进入月球运行轨道之前释放“羽衣”子卫星，使其绕月球运行。1992年2月，“飞天”探测器进入月球轨道。探测器完成探测任务后，于1993年4月10日撞击月球表面的弗内留斯月球坑。1

主要性能参数“飞天”探测器的质量为197Kg（包括42Kg的肼推进剂和11Kg的“羽衣”子卫星），圆柱体结构，直径1.4m，高0.79m，体装式太阳电池阵，功率为110W。探测器的顶部装有结构为26面体的“羽衣”子卫星，两相对面之间的距离为40cm，每个面装有体装式太阳电池阵，在与“飞天”探测器分离前作为探测器的备用电源。探测器采用自旋稳定，自旋速率为10-20.5r/min。

探测器的推进和姿态控制系统包括8个23N和4个3N的肼推力器、2个太阳敏感器、1个星跟踪器、1个穿越式地平仪、3个加速度计、1个章动阻尼器和星上处理器等。光学导航系统包括2个CCD图像敏感器。探测器底部装有1副S频段交叉偶极子全向低增益天线。探测器通过一路X频段和一路S频段转发器进行下行数据传输，两台接收机用于S频段上行数据传输。探测器星上指令计算机包括3个独立的处理器单元，其只读存储器容量为2Mbit，随机存储器容量为512Kbit。探测器携带的有效载荷包括尘埃计数器和光学导航系统。

探测器在近月点262Km、远月点28600Km，倾角31°的绕月轨道上运行，运行周期6.7d。1

航天系统故障及对策“飞天”探测器发射时，在倒计时只剩下18秒的时候，为一枚捆绑式助推器的喷管万向节提供驱动的液压泵失灵了。试验显示，正处于冬季的鹿儿岛航天中心的低温，使泵中的硅整流器停止了工作。在发射台上急速地架起了一台热鼓风机后，运载火箭第二天点火升空了。进入太空后，探测器以佛教中神的名字被重新命名为“飞天”（Hiten）。这颗探测器进入了月地空间，并释放了为日本进行深空探测活动做实验的轨道器。由于运载火箭的速度比规定的飞行速度低了50m/s，结果使探测器的远地点比预定的476000Km低了40%，超出了月球轨道。然而，在探测器进入轨道的过程中，出现偏差是普遍的事，探测器准备用加速度计来监视最后的速度，如果降低的速度还在限定的范围内，探测器将使用肼发动机来提高速度。不幸的是，这次探测器的速度已经超出了限定的范围，设定这个范围，主要是为了防止出现错误的加速度计会使探测器进入错误的轨道。即便如此，随后的几次机动又恢复了正常的轨道。200Kg质量的探测器上还搭载着质量为12Kg的“羽衣”子卫星，尽管“羽衣”子卫星的S频段转发器在2月21日发生了故障，工作人员仍然决定继续发射任务，并准备在3月18日当“飞天”探测器在6475Km的范围内第一次飞跃月球时，把“羽衣”子卫星释放出去。准备用一枚固体火箭将“羽衣”子卫星送入7400Km-20000Km范围内的轨道上去。在东京大学的Kiso观测站里，有一台直径为1m的望远镜，它观察到了发动机在点火后产生的羽流。由此可判定，固体火箭发动机进行了点火。“羽衣”子卫星的转发器的故障不会产生严重的后果。因为它上面没有携带仪器。这颗小型卫星是有26面的多面体，其中16个面由采用铟-磷化合物的新型太阳电池阵列所覆盖，这些阵列发挥功能的好坏，取决于太空测量的性质。在羽衣卫星开启飞天探测器的电力供应时，遥测器停止了工作。地面模拟实验显示，当开启了电力供应时，会产生一个瞬时的高压，这种高压会使卫星转发器中的晶体管破裂。“飞天”探测器第一次展示了在行星大气层中，具体到这个例子，就是在地球的大气层中， 在接近逃逸速度时进行的空中刹车。所以说，“飞天”探测器这次飞行应该是成功的。2