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2007年10月24日，嫦娥一號衛(wèi)星被長征三號運(yùn)載火箭送入近地點(diǎn)高度200km，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度51000km的軌道上，軌道周期為15.81小時(shí)。

它的整個(gè)飛行過程可分為三個(gè)軌道段：環(huán)繞地球飛行軌道段（又稱調(diào)相軌道段）、地月轉(zhuǎn)移軌道段、環(huán)繞月球飛行軌道段。

嫦娥一號發(fā)射時(shí)，衛(wèi)星并非直接通過加速進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道段，而是要繞著地球進(jìn)行三次軌道機(jī)動(dòng)。第一次在遠(yuǎn)地點(diǎn)點(diǎn)火，將近地點(diǎn)高度抬高到600km，這時(shí)軌道周期變?yōu)?6小時(shí)，在16小時(shí)周期軌道上運(yùn)動(dòng)三圈后，衛(wèi)星再在近地點(diǎn)第二次點(diǎn)火變軌，將軌道周期變?yōu)?4小時(shí)，在此軌道上運(yùn)行一圈至三圈后，再次到達(dá)近地點(diǎn)，衛(wèi)星進(jìn)行第三次點(diǎn)火變軌，將軌道周期變?yōu)?8小時(shí)。

嫦娥一號衛(wèi)星飛行過程平面示意圖

衛(wèi)星繞著地球進(jìn)行三次變軌，被稱為調(diào)相軌道。衛(wèi)星在調(diào)相軌道運(yùn)行結(jié)束到達(dá)最后一個(gè)近地點(diǎn)時(shí)再作一次大的軌道機(jī)動(dòng)，使衛(wèi)星進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道。隨后衛(wèi)星將沿著這條轉(zhuǎn)移軌道飛向月球，飛行114小時(shí)后到達(dá)近月點(diǎn)。為了使其變?yōu)槔@月飛行的月球衛(wèi)星，還需在近月點(diǎn)作三次減速機(jī)動(dòng)，機(jī)動(dòng)后的軌道周期相繼是12小時(shí)、3.5小時(shí)和127分鐘。

衛(wèi)星的調(diào)相軌道三維圖形

調(diào)相軌道的目的是為進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道做準(zhǔn)備，方法有多種。最簡單的就是在近地點(diǎn)后一次直接加速進(jìn)入到地月轉(zhuǎn)移軌道上。

為什么沒有采用這種簡單的方法呢？

原因之一是為了節(jié)省燃料。如果嫦娥一號直接飛往地月轉(zhuǎn)移軌道需要更多的燃料以獲取更大的推動(dòng)力。

原因之二是將幾次近地點(diǎn)機(jī)動(dòng)安排在同一地區(qū)方便變軌的實(shí)施，有利于地面監(jiān)測。

原因之三是由于調(diào)相軌道中有24小時(shí)的軌道可以方便不同日期發(fā)射衛(wèi)星。

地球和月球有相對運(yùn)動(dòng)，而且地球本身有自轉(zhuǎn)。如果想要直接飛上月球而不變軌，就必須得計(jì)算出一個(gè)發(fā)射角度和發(fā)射時(shí)間。由于受到氣流等因素的影響，我們的火箭不容易完全按指定的時(shí)間一秒不差發(fā)射，在地球上也許只是偏差一點(diǎn)，但相隔幾十萬公里之后，這個(gè)偏差就不是一點(diǎn)了。

同時(shí)，地月轉(zhuǎn)移軌道為114小時(shí)飛行時(shí)間也是有原因的。

地月轉(zhuǎn)移軌道飛行時(shí)間一般為3天到5天，飛行時(shí)間越短所需要的能量越大，衛(wèi)星在近地點(diǎn)時(shí)飛行速度就要求越大，當(dāng)?shù)竭_(dá)月球預(yù)定軌道的近月點(diǎn)時(shí)制動(dòng)力量就越大，換句話說相當(dāng)于汽車在剎車時(shí)要求的力越大，風(fēng)險(xiǎn)也越大。

為了衛(wèi)星安全的進(jìn)入繞月軌道，選用了最小能量的軌道，其飛行時(shí)間為5天（120小時(shí)），為避免衛(wèi)星到達(dá)近月點(diǎn)時(shí)的軌道被月球遮擋，便于我國觀測站對軌道機(jī)動(dòng)的觀測和控制，將飛行時(shí)間縮短6小時(shí)，因此地月轉(zhuǎn)移軌道最終的飛行時(shí)間為114小時(shí)。

當(dāng)年嫦娥二號衛(wèi)星飛行平面示意圖

一方面開辟了新地月之間的“直航航線”，也就是說，從嫦娥二號開始，我們直接將衛(wèi)星發(fā)射至地月轉(zhuǎn)移軌道上，待幾次中途修正和近月制動(dòng)后，就進(jìn)入繞月軌道。嫦娥一號從發(fā)射到進(jìn)入環(huán)月軌道用時(shí)約13天14小時(shí)19分，而嫦娥二號的地月飛行時(shí)間縮短至112小時(shí)。

另一方面繞月軌道比嫦娥一號距月表更低，從200km降低到100km的極軌軌道，在100千米高度用高分辨率CCD相機(jī)，拍攝了國際上分辨率最高的7米分辨率全月圖，并成功進(jìn)行嫦娥三號的降落100kmx15km軌道嘗試，變軌到100km×15km軌道，在18.7千米高度拍攝了1.3分辨率米的虹灣局部影像圖，為嫦娥三號的成功著陸打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在這個(gè)過程中，突破了兩個(gè)難題：在推力方面，“直航航線”對運(yùn)載火箭的入軌精度和入軌速度都有更高的要求，較護(hù)送嫦娥一號的長征三號甲火箭增加了兩個(gè)助推器；監(jiān)控方面，增加了X波段，遠(yuǎn)距離監(jiān)控通信效果更好。

此后的嫦娥三號以及本次“鵲橋號”的地月轉(zhuǎn)移軌道基本與嫦娥二號相似。