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嫦娥四号如期升空开启人类首次月背探索之旅

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2018年12月8日凌晨2时23分,嫦娥四号月球探测器如期升空,开启了人类首次月背探索之旅。而早在6个月前,由中国航天科技集团五院抓总研制的嫦娥四号中继星——“鹊桥”就已经跨越几十万公里,在深空中心心念念地等待着嫦娥四号的到来。

为何要发射“鹊桥”

在深空探测任务中,难度最大的就是如何确保远距离数据通信链路的可靠建立,从而实现航天器与地面的实时通信联络,这也是世界各国都在致力解决的关键核心技术。月球背面的通信问题一直困扰着人类登陆月球背面,嫦娥四号要到月球背面“安家落户”,不仅要面临遥远的地月距离,还要隔着通信信号无法穿透的月球球体。

实现数据中继的方法不止一个。例如,可以发射很多颗中继通信卫星绕着月球转,保证始终至少有一颗能够绕到月球背面嫦娥四号着陆器的通信范围内,把信号传到地球。由于需要研制并发射多颗通信卫星,因此,这一方法虽然可行但成本比较高。

“还有一个同样有效却可以降低成本的方案,即用一颗数据中继卫星来帮忙,实现地球与身处月球背面的嫦娥四号之间的实时通信。”据航天科技集团五院嫦娥四号中继星总设计师张立华介绍,现有的中继卫星都运行在地球同步轨道上,够不到月球背面,只能为在近地空间运行的航天器提供中继服务,因此“必须发射‘鹊桥’,把它放在一个不被月球遮挡的适当位置,来实现嫦娥四号与地球之间的数据传输”。

Halo轨道见

因为嫦娥四号要在月球背面靠近南极一个叫冯·卡门撞击坑的地方软着陆,并实施巡视勘测,所以研制人员决定把“鹊桥”架在“地月系统拉格朗日L2点”上——该位置处于地球和月球两点连线的延长线上,且在月球一侧,在此“鹊桥”可以同时与地球和月球背面进行信息和数据交换,完成“中继”任务。

当然,如果中继星“守”在地月拉格朗日L2点不动,受月球遮挡,仍然“看不见”地球。为此,设计师为其设计了Z向振幅约1.3万千米、绕地月拉格朗日L2点的Halo轨道。据悉,“鹊桥”在这一轨道上做拟周期运动,既能“看见”地球,又能“看见”月球。

“同时,这个点受地月引力作用保持相对稳定平衡的状态,可以最大限度地节省卫星的燃料,有利于保证对中继星进行轨道控制。”张立华补充道。

期待太空相会

2018年5月21日,肩负“中继”重任的“鹊桥”在西昌卫星发射中心奔赴太空,进入预定地月转移轨道,开始了搭建地月信息联通的航程;经过1次中途修正,“鹊桥”于5月25日到达近月点,在成功实施制动后,顺利进入由月球到地月拉格朗日L2点的转移轨道;6月14日,“鹊桥”实施轨道捕获,进入环绕地月拉格朗日L2点的Halo使命轨道,陆续开展在轨测试和中继通信链路联试,等待“嫦娥”的到来。

据悉,在浩瀚的太空中,“鹊桥”会经历一段没有光照的日子。届时,阴影区的温度为零下200摄氏度左右,最冷的地方将达到零下230摄氏度。因此,研制过程中,科研人员除了采用特殊的材料外,还进行了大量极端环境试验,以避免“鹊桥”在如此严酷的环境下被“冻坏”。

为了迎接嫦娥四号的到来,2018年11月9日至11月23日,中国航天科技集团五院的研制人员又对“鹊桥”进行了一次在轨“体检”。“‘体检’报告显示,我们的‘鹊桥’非常健康。它将在使命轨道上继续‘遨游’,静待‘嫦娥’。”张立华打趣地说。让我们一同期待“鹊桥”与“嫦娥”这次非比寻常的相会!


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