嫦娥二号卫星轨道确定与测轨技术

嫦娥二号卫星轨道确定与测轨技术一、本文概述随着科技的飞速发展，人类对太空的探索日益深入。嫦娥二号卫星作为我国探月工程的重要组成部分，承载着重要的科学使命和技术挑战。本文旨在探讨嫦娥二号卫星轨道确定与测轨技术的相关理论和实践，通过对这一领域的深入研究，为我国的航天科技发展和深空探测提供理论支持和技术指导。文章首先将对嫦娥二号卫星的任务背景和目标进行简要介绍，然后概述轨道确定与测轨技术的基本原理和方法，包括轨道动力学、测量技术、数据处理等方面的内容。在此基础上，文章将重点分析嫦娥二号卫星轨道确定与测轨技术的实施过程，探讨其面临的挑战和解决方案，最后展望未来的发展趋势和应用前景。通过本文的研究，我们期望能够为嫦娥二号卫星及后续深空探测任务的成功实施提供有力的技术保障和理论支撑。二、嫦娥二号卫星轨道特点嫦娥二号卫星作为中国探月工程二期的技术先导星，其轨道设计充分体现了中国航天科技的创新与突破。嫦娥二号卫星的轨道呈现出以下几个显著特点：高精度轨道要求：嫦娥二号卫星需要在月球引力场中进行精确的轨道机动，以实现对月球表面高精度测绘的任务目标。这要求轨道设计必须具有极高的精度和稳定性，以确保卫星能够按照预定轨道运行，获取到清晰、准确的图像数据。多轨道段设计：嫦娥二号卫星的轨道设计包含了多个轨道段，包括地球转移轨道、月球捕获轨道、环月轨道等。每个轨道段都具有不同的特点和要求，需要进行精心的设计和计算，以确保卫星能够顺利完成各个阶段的飞行任务。轨道机动能力：嫦娥二号卫星需要具备强大的轨道机动能力，以应对复杂的月球环境和任务需求。通过精确的轨道机动，卫星可以实现对月球表面的全面覆盖，获取到更多有价值的数据信息。长期稳定运行：为了确保嫦娥二号卫星能够长期稳定运行，轨道设计需要考虑到月球引力场的变化、太阳辐射压等多种因素的影响。通过合理的轨道设计和控制策略，可以确保卫星在轨道上的长期稳定运行，为后续的探月任务提供有力支持。嫦娥二号卫星的轨道设计具有高精度、多轨道段、强大的轨道机动能力和长期稳定运行等特点。这些特点使得嫦娥二号卫星能够顺利完成探月任务，为中国航天科技的发展做出了重要贡献。三、轨道确定技术嫦娥二号卫星的轨道确定技术，是卫星导航与测控领域的核心技术之一，它涉及到精密轨道动力学、高精度数据处理、误差分析等多个方面。轨道确定技术的精确性直接影响到卫星的定位精度、导航性能和测控数据的准确性。嫦娥二号卫星的轨道确定主要依赖于地面测控站和卫星上搭载的精密测量设备。地面测控站通过接收卫星发射的导航信号和测控信号，获取卫星的位置和速度信息。同时，卫星上的高精度设备，如原子钟、星载相机等，也提供了重要的轨道测量数据。在获取了这些原始数据后，轨道确定技术需要通过一系列复杂的算法和模型，对这些数据进行处理和分析。需要对原始数据进行预处理，包括去噪、滤波等操作，以提高数据的精度和稳定性。然后，利用精密轨道动力学模型，对卫星的运动状态进行建模和预测。这些模型需要考虑到地球引力、大气阻力、太阳光压等多种因素的影响。在建模和预测的基础上，轨道确定技术还需要利用最优化算法，对模型的参数进行估计和优化。这些参数包括卫星的初始状态、轨道元素、误差项等。通过不断调整和优化这些参数，可以使模型更加准确地描述卫星的实际运动状态。轨道确定技术需要对轨道解算结果进行后处理，包括误差分析、轨道预报等操作。这些操作可以帮助我们了解轨道解算的精度和可靠性，为后续的导航和测控任务提供重要的依据。嫦娥二号卫星的轨道确定技术是一个复杂而精密的过程，它涉及到多个学科和领域的知识和技术。通过不断优化和创新，我们可以进一步提高轨道确定的精度和效率，为卫星导航和测控事业的发展做出更大的贡献。四、测轨技术嫦娥二号卫星的测轨技术是确保卫星轨道精度和稳定性的关键。测轨的主要任务是通过地面测控站和卫星上的测量设备，获取卫星在轨道上的位置、速度和加速度等参数，进而实现对卫星轨道的精确计算和控制。在嫦娥二号卫星的测轨过程中，主要采用了光学观测、雷达跟踪和无线电测量等多种技术手段。光学观测技术通过地面光学望远镜对卫星进行拍摄，根据拍摄到的卫星图像，结合地面测控站的位置信息，可以计算出卫星的位置和速度。雷达跟踪技术利用地面雷达设备发射雷达波，通过测量雷达波往返卫星的时间差，可以精确计算出卫星的距离和速度。无线电测量技术则通过卫星上的应答机和地面测控站的无线电信号传输，测量卫星与地面测控站之间的时间延迟和频率偏移，从而得到卫星的位置和速度信息。除了上述技术手段外，嫦娥二号卫星还采用了高精度轨道确定算法，对获取的测轨数据进行处理和分析。这些算法可以有效地滤除测轨数据中的噪声和干扰，提高轨道确定的精度和稳定性。嫦娥二号卫星还具备自主导航和轨道控制能力，能够根据测轨数据自主调整轨道参数，确保卫星能够按照预定的轨道轨迹运行。嫦娥二号卫星的测轨技术是其成功发射和稳定运行的重要保障。通过多种技术手段和高精度算法的结合，可以实现对卫星轨道的精确计算和控制，为我国的航天事业做出重要贡献。五、嫦娥二号卫星轨道确定与测轨实践嫦娥二号卫星作为我国深空探测的重要里程碑，其实践活动在卫星轨道确定与测轨技术方面提供了丰富的经验与数据。从卫星发射入轨，到后续的轨道修正与调整，再至最后的目标轨道确定，整个过程对技术的精准性和实时性要求极高。在实际操作中，我们运用了多源数据融合的方法，结合了地面测控站、卫星上的高精度测量仪器等多种数据源，进行了大量的轨道数据计算和分析。这一过程中，我们还采用了多种先进的轨道确定算法，如最小二乘法、卡尔曼滤波等，以提高轨道确定的精度和效率。在测轨技术方面，嫦娥二号卫星的实践同样取得了显著成果。我们利用卫星上的高精度测量仪器，对卫星的轨道参数进行了实时测量和记录，这些数据为后续的轨道确定提供了重要依据。我们还结合地面测控站的数据，进行了轨道修正和调整，确保了卫星能够按照预定的轨道运行。嫦娥二号卫星的轨道确定与测轨实践，不仅验证了我国在卫星轨道确定与测轨技术方面的实力，也为我国未来的深空探测活动提供了宝贵的经验和数据支持。未来，我们将继续深化这一领域的研究，推动我国在卫星轨道确定与测轨技术方面取得更大的突破和进步。六、结论与展望随着航天技术的不断发展，卫星轨道确定与测轨技术在航天领域中的应用越来越广泛。嫦娥二号卫星作为我国探月工程的重要组成部分，其轨道确定与测轨技术的准确性和可靠性对于整个探月任务的成功至关重要。本文详细探讨了嫦娥二号卫星轨道确定与测轨技术的原理、方法及应用。通过对多种测轨方法的对比分析，我们发现基于雷达和激光测距的测轨方法在精度和稳定性方面表现出色，为嫦娥二号卫星的轨道确定提供了有力的支持。同时，我们还研究了轨道摄动对卫星轨道的影响，并提出了相应的补偿策略，有效提高了轨道确定的准确性。在实际应用中，嫦娥二号卫星的轨道确定与测轨技术已经取得了显著的成果。这些技术的应用不仅提高了卫星轨道的确定精度，还为后续的月球探测任务提供了重要的技术支持。然而，随着航天技术的不断发展，我们对卫星轨道确定与测轨技术的要求也越来越高。展望未来，我们将继续深入研究卫星轨道确定与测轨技术，不断提高其精度和稳定性。我们还将积极探索新的测轨方法和技术，以适应未来更加复杂的航天任务需求。我们相信，在不久的将来，我国的卫星轨道确定与测轨技术将取得更加辉煌的成就，为我国的航天事业做出更大的贡献。参考资料：嫦娥二号（Chang'e2），是中国探月计划中的第二颗绕月人造卫星，也是中国探月工程二期的技术先导星，原为嫦娥一号的备份星，以中国古代神话人物嫦娥命名。2010年10月1日，嫦娥二号在西昌卫星发射中心发射升空；2010年10月6日，嫦娥二号被月球捕获，进入环月轨道；2011年8月25日，嫦娥二号进入拉格朗日L2点环绕轨道；2012年12月15日，嫦娥二号工程宣布收官。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。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、波段应答机等新产品技术攻关和专项试验工作。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。2010年6月，嫦娥二号质量复查和出厂评审完成；7月10日，嫦娥二号运抵西昌卫星发射中心。2010年10月6日，嫦娥二号被月球捕获，实施第一次近月制动，进入周期约12小时的椭圆环月轨道。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。2011年6月9日，嫦娥二号正式飞离月球，前往日地拉格朗日L2点，开启中国深空探测的新征程。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。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。2013年11月26日，嫦娥二号与地球距离突破6100万千米。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。嫦娥二号使用LDPC编码功能，相比卷积编码提高增益约5分贝；增加了工程载荷数据传输通道，设计了最低为4375千比特每秒的多档码速率，可支持距地2000万千米以远的数据传输。嫦娥二号卫星共搭载7种探测设备，包括CCD立体相机、激光高度计、γ射线谱仪、射线谱仪、微波探测仪、太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器，有效载荷总重约140千克。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。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5米的超高分辨率图像。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。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。在嫦娥二号运行过程中设计并验证了后续着陆任务中动力下降前的所有轨道与机动飞行控制技术，直接进入地月转移轨道、首次使用频段测控、对嫦娥三号着陆区进行高分辨率成像。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02%。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3米分辨率的局部影像，达到国际先进水平。创新研制首台基于统一载波体制的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、频段数字化应答机和地面S/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8125比特每秒的极低码速率遥控。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。首次在航天工程中于空间段应用了LDPC编译码，编码增益和效率等主要指标优于国际（CCSDS）标准。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。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。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。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。创新利用拉格朗日点伴地绕日特性，在卫星推进剂、星地通讯距离、地面大天线进度等约束条件下，国际上首次实现从拉格朗日点转移飞越小天体。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。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。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。（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）“嫦娥二号”的任务及拓展实验，获得了“嫦娥三号”的预选着陆区——虹湾地区的高分辨率图象；验证了在月球背面不可看到的情况下，采用主发动机大推力自主轨道的机动技术，为“嫦娥三号”软着陆进行了技术验证，也奠定了良好的基础。（中国新闻网评）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。（《人民日报》评）嫦娥二号（Chang'e2），是中国探月计划中的第二颗绕月人造卫星，也是中国探月工程二期的技术先导星，原为嫦娥一号的备份星，以中国古代神话人物嫦娥命名。2010年10月1日，嫦娥二号在西昌卫星发射中心发射升空；2010年10月6日，嫦娥二号被月球捕获，进入环月轨道；2011年8月25日，嫦娥二号进入拉格朗日L2点环绕轨道；2012年12月15日，嫦娥二号工程宣布收官。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。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、波段应答机等新产品技术攻关和专项试验工作。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。2010年6月，嫦娥二号质量复查和出厂评审完成；7月10日，嫦娥二号运抵西昌卫星发射中心。2010年10月6日，嫦娥二号被月球捕获，实施第一次近月制动，进入周期约12小时的椭圆环月轨道。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。2011年6月9日，嫦娥二号正式飞离月球，前往日地拉格朗日L2点，开启中国深空探测的新征程。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。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。2013年11月26日，嫦娥二号与地球距离突破6100万千米。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。嫦娥二号使用LDPC编码功能，相比卷积编码提高增益约5分贝；增加了工程载荷数据传输通道，设计了最低为4375千比特每秒的多档码速率，可支持距地2000万千米以远的数据传输。嫦娥二号卫星共搭载7种探测设备，包括CCD立体相机、激光高度计、γ射线谱仪、射线谱仪、微波探测仪、太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器，有效载荷总重约140千克。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。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5米的超高分辨率图像。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。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。在嫦娥二号运行过程中设计并验证了后续着陆任务中动力下降前的所有轨道与机动飞行控制技术，直接进入地月转移轨道、首次使用频段测控、对嫦娥三号着陆区进行高分辨率成像。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02%。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3米分辨率的局部影像，达到国际先进水平。创新研制首台基于统一载波体制的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、频段数字化应答机和地面S/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8125比特每秒的极低码速率遥控。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。首次在航天工程中于空间段应用了LDPC编译码，编码增益和效率等主要指标优于国际（CCSDS）标准。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。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。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。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。创新利用拉格朗日点伴地绕日特性，在卫星推进剂、星地通讯距离、地面大天线进度等约束条件下，国际上首次实现从拉格朗日点转移飞越小天体。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。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。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