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嫦娥四号架“鹊桥” 月球背面有信号了

  • 2018-05-22 09:33
  • 来源:新京报
  • 编辑:紫墨轩
  • 点击量:9026

  “鹊桥号”将定位于地月拉格朗日L2点并环绕轨道飞行,为“嫦娥四号”月球探测提供地月间中继通信。

  中国航天科技集团供图

  昨日5点28分,“鹊桥号”在西昌卫星发射中心由长征四号丙火箭发射升空。国家航天局供图

  昨天早晨5点28分,“嫦娥四号”探月任务迈出了第一步——中继通信卫星“鹊桥号”在西昌卫星发射中心升空。“鹊桥号”将飞过月球,最终到达地月拉格朗日L2点,最远距离地球约46万公里。

  据悉,这是我国将在年底择机实施“嫦娥四号”月球探测任务的“先声”。由于“嫦娥四号”探测器将在月球背面软着陆,无法直接与地球通信,能同时“看到”地球和月球的“鹊桥号”,将建立“嫦娥四号”与地球间的通信和数传通道。

  昨天,长征四号丙火箭飞行25分钟后,将“鹊桥号”直接送入近地点高度200公里、远地点高度40万公里的预定地月转移轨道。“鹊桥号”将经中途修正、近月制动和月球借力,完成“L2点”捕获、轨道修正后,最终进入环绕地月“L2点”的使命轨道。

  释疑1

  中继卫星有何特殊能力?

  曾助中国航天员在太空为中小学生“上太空课”

  中继卫星属于通信卫星,被形象地称为“卫星的卫星”,因为它们的任务是为卫星、飞船等航天器传输数据。

  我国中继卫星已经历十余年发展,主要是“天链”系列,首发星是10年前发射的天链一号01星。2011年至2012年,天链一号02、03星相继发射,中国成为世界第二个拥有对中、低轨道航天器全球覆盖的中继卫星系统的国家。

  其后的“神舟”飞船和“天宫”空间实验室任务中,借助“天链一号”,航天员顺利进行了天地通话、天地双向视频通话、与地面同步收看电视新闻等。2013年,航天员王亚平在“天宫一号”中为全国中小学生上了一堂“太空课”,借助的也是“天链一号”强大的信号中继功能。

  据美国航空航天学会会员、“小火箭”科普平台创始人邢强介绍,在人类太空探索史上,比较有名的中继卫星是“2001火星奥德赛号”,该卫星2001年10月24日进入火星轨道,2002年2月19日开始执行任务,我们熟知的“勇气号”和“机遇号”两辆火星车拍摄的火星照片和化验的火星样本数据,有85%是以“2001火星奥德赛号”作为通讯中继传回地球的。

  释疑2

  “嫦娥奔月”为何先架“鹊桥”?

  “嫦四”将在月球背面着陆,“鹊桥号”能助其与地球联络

  在月球背面着陆,通信是绕不开的问题。

  由于月球公转周期与自转周期相同,月球只能永远以同一面朝向地球。邢强对记者介绍,约41%的月面无法被地球直接观测到,当飞行器飞到月球背面,就难以和地球进行通信,这也是长期以来人类探测器从未在月球背面着陆的主要原因。

  而中国嫦娥四号探测器将创造历史,计划今年年底降落在月球背面南极附近的艾特肯盆地,并开展月球巡视勘察。

  记者了解到,搭一座“鹊桥”,就建立了“嫦娥四号”与地面测控网络的联系。“鹊桥号”所在位置,既能“看到”月球背面,也能“看到”地球。利用中继星实现地球与月球背面的通信,这在世界范围内是第一次。

  释疑3

  为何定位于地月“L2点”?

  相对地月静止,可实现对着陆器和巡视器的中继通信覆盖

  “鹊桥号”将为月球背面的着陆任务传输信息,其位置必须位于月球背面。那么“鹊桥号”的最佳位置在哪里?

  科学家为其选择了地月拉格朗日L2点附近。宇宙中两个天体之间的作用力可用万有引力描述,用牛顿的理论就能算得天体的运行轨道。而三个天体之间的作用力关系非常复杂,很长时间内人类难以求解。科学家们渐渐发现,三个天体中有一些点的位置很特殊,在这些点上,最小的天体相对于两个大天体基本保持静止。瑞士科学家欧拉和法国科学家拉格朗日一共算出了5个这样的点,即L1~L5点,也称为拉格朗日点或平动点。

  5个点中,“L2点”位于两个大天体球心连线延长线且靠近小天体一侧。“鹊桥号”的使命轨道就是地月“L2点”环绕轨道,它位于月球背面一侧,距月球约6.5万公里。由于地月距离是变化的,“L2点”与月球的距离也是变化的,最大距离不大于8万公里,可实现对着陆器和巡视器的中继通信覆盖。

  邢强解释,地月“L2点”是个“有趣”的位置,在这里,中继星绕地球转动的周期与月球绕地球转动的周期相同。通过巧妙的设计,维持“L2点”的位置所消耗的燃料较少,太阳能帆板的效率也因少受阴影影响而较高。

  ■ “鹊桥号”世界之最

  拥有深空探测器最大口径通信天线

  随着人类深空探测的脚步越走越远,建立远距离数据通信链路是世界各国都在致力发展的深空探测关键核心技术。

  通信能力与天线的“本事”密不可分。“鹊桥号”上架设了一副展开后口径近5米的伞状天线,这是人类深空探测史上最大口径的太空通信天线。

  该天线为“鹊桥号”和地球之间铺设了一架高速桥梁,每时每刻将宝贵的科学数据从遥远的外太空送达地球。

  激光测距试验或史上距离最远

  激光测距试验,是指通过激光进行星地距离的科学测量。其原理是将激光束射向放置在卫星表面的角反射镜,通过发送、接收的时间差计算出星地距离。

  历史上最远距离的激光测距试验发生在地月之间,1969年“阿波罗11号”在月球上放置了一套激光测距反射镜阵列,从那以后,美国、法国、日本、中国等国科学家先后完成了地月激光测距试验。

  如今,在距地球最远约46万公里的地月L2点附近,“鹊桥号”也携带了一台激光反射器。与地月激光测距不同,让地球观测台站发出的激光波束准确找到46万公里外高速飞行的“鹊桥号”难上加难。但中国科学家已经找到了解决方案,不出意外,“鹊桥号”将使人类激光测距的纪录再增加约8万公里。

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