中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會

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“嫦娥奔月”先架“鵲橋”：看“鵲橋號”的世界之最
新京報
2018/05/22 09:39

嫦娥四號架“鵲橋” 月球背面有信號了
　　“鵲橋號”發(fā)射升空，系世界首顆運行于地月“L2點”的通信衛(wèi)星，將為“嫦四”探月服務(wù)
　　5月21日早晨5點28分，“嫦娥四號”探月任務(wù)邁出了第一步——中繼通信衛(wèi)星“鵲橋號”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空。“鵲橋號”將飛過月球，最終到達地月拉格朗日L2點，最遠距離地球約46萬公里。
　　據(jù)悉，這是我國將在年底擇機實施“嫦娥四號”月球探測任務(wù)的“先聲”。由于“嫦娥四號”探測器將在月球背面軟著陸，無法直接與地球通信，能同時“看到”地球和月球的“鵲橋號”，將建立“嫦娥四號”與地球間的通信和數(shù)傳通道。
　　昨天，長征四號丙火箭飛行25分鐘后，將“鵲橋號”直接送入近地點高度200公里、遠地點高度40萬公里的預(yù)定地月轉(zhuǎn)移軌道。“鵲橋號”將經(jīng)中途修正、近月制動和月球借力，完成“L2點”捕獲、軌道修正后，最終進入環(huán)繞地月“L2點”的使命軌道。
　　釋疑1
　　中繼衛(wèi)星有何特殊能力？
　　曾助中國航天員在太空為中小學(xué)生“上太空課”
　　中繼衛(wèi)星屬于通信衛(wèi)星，被形象地稱為“衛(wèi)星的衛(wèi)星”，因為它們的任務(wù)是為衛(wèi)星、飛船等航天器傳輸數(shù)據(jù)。
　　我國中繼衛(wèi)星已經(jīng)歷十余年發(fā)展，主要是“天鏈”系列，首發(fā)星是10年前發(fā)射的天鏈一號01星。2011年至2012年，天鏈一號02、03星相繼發(fā)射，中國成為世界第二個擁有對中、低軌道航天器全球覆蓋的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的國家。
　　其后的“神舟”飛船和“天宮”空間實驗室任務(wù)中，借助“天鏈一號”，航天員順利進行了天地通話、天地雙向視頻通話、與地面同步收看電視新聞等。2013年，航天員王亞平在“天宮一號”中為全國中小學(xué)生上了一堂“太空課”，借助的也是“天鏈一號”強大的信號中繼功能。
　　據(jù)美國航空航天學(xué)會會員、“小火箭”科普平臺創(chuàng)始人邢強介紹，在人類太空探索史上，比較有名的中繼衛(wèi)星是“2001火星奧德賽號”，該衛(wèi)星2001年10月24日進入火星軌道，2002年2月19日開始執(zhí)行任務(wù)，我們熟知的“勇氣號”和“機遇號”兩輛火星車拍攝的火星照片和化驗的火星樣本數(shù)據(jù)，有85%是以“2001火星奧德賽號”作為通訊中繼傳回地球的。
　　釋疑2
　　“嫦娥奔月”為何先架“鵲橋”？
　　“嫦四”將在月球背面著陸，“鵲橋號”能助其與地球聯(lián)絡(luò)
　　在月球背面著陸，通信是繞不開的問題。
　　由于月球公轉(zhuǎn)周期與自轉(zhuǎn)周期相同，月球只能永遠以同一面朝向地球。邢強對記者介紹，約41%的月面無法被地球直接觀測到，當(dāng)飛行器飛到月球背面，就難以和地球進行通信，這也是長期以來人類探測器從未在月球背面著陸的主要原因。
　　而中國嫦娥四號探測器將創(chuàng)造歷史，計劃今年年底降落在月球背面南極附近的艾特肯盆地，并開展月球巡視勘察。
　　記者了解到，搭一座“鵲橋”，就建立了“嫦娥四號”與地面測控網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系。“鵲橋號”所在位置，既能“看到”月球背面，也能“看到”地球。利用中繼星實現(xiàn)地球與月球背面的通信，這在世界范圍內(nèi)是第一次。
　　釋疑3
　　為何定位于地月“L2點”？
　　相對地月靜止，可實現(xiàn)對著陸器和巡視器的中繼通信覆蓋
　　“鵲橋號”將為月球背面的著陸任務(wù)傳輸信息，其位置必須位于月球背面。那么“鵲橋號”的最佳位置在哪里？
　　科學(xué)家為其選擇了地月拉格朗日L2點附近。宇宙中兩個天體之間的作用力可用萬有引力描述，用牛頓的理論就能算得天體的運行軌道。而三個天體之間的作用力關(guān)系非常復(fù)雜，很長時間內(nèi)人類難以求解。科學(xué)家們漸漸發(fā)現(xiàn)，三個天體中有一些點的位置很特殊，在這些點上，最小的天體相對于兩個大天體基本保持靜止。瑞士科學(xué)家歐拉和法國科學(xué)家拉格朗日一共算出了5個這樣的點，即L1~L5點，也稱為拉格朗日點或平動點。
　　5個點中，“L2點”位于兩個大天體球心連線延長線且靠近小天體一側(cè)。“鵲橋號”的使命軌道就是地月“L2點”環(huán)繞軌道，它位于月球背面一側(cè)，距月球約6.5萬公里。由于地月距離是變化的，“L2點”與月球的距離也是變化的，最大距離不大于8萬公里，可實現(xiàn)對著陸器和巡視器的中繼通信覆蓋。
　　邢強解釋，地月“L2點”是個“有趣”的位置，在這里，中繼星繞地球轉(zhuǎn)動的周期與月球繞地球轉(zhuǎn)動的周期相同。通過巧妙的設(shè)計，維持“L2點”的位置所消耗的燃料較少，太陽能帆板的效率也因少受陰影影響而較高。
　　“鵲橋號”世界之最
　　擁有深空探測器最大口徑通信天線
　　隨著人類深空探測的腳步越走越遠，建立遠距離數(shù)據(jù)通信鏈路是世界各國都在致力發(fā)展的深空探測關(guān)鍵核心技術(shù)。
　　通信能力與天線的“本事”密不可分。“鵲橋號”上架設(shè)了一副展開后口徑近5米的傘狀天線，這是人類深空探測史上最大口徑的太空通信天線。
　　該天線為“鵲橋號”和地球之間鋪設(shè)了一架高速橋梁，每時每刻將寶貴的科學(xué)數(shù)據(jù)從遙遠的外太空送達地球。
　　激光測距試驗或史上距離最遠
　　激光測距試驗，是指通過激光進行星地距離的科學(xué)測量。其原理是將激光束射向放置在衛(wèi)星表面的角反射鏡，通過發(fā)送、接收的時間差計算出星地距離。
　　歷史上最遠距離的激光測距試驗發(fā)生在地月之間，1969年“阿波羅11號”在月球上放置了一套激光測距反射鏡陣列，從那以后，美國、法國、日本、中國等國科學(xué)家先后完成了地月激光測距試驗。
　　如今，在距地球最遠約46萬公里的地月L2點附近，“鵲橋號”也攜帶了一臺激光反射器。與地月激光測距不同，讓地球觀測臺站發(fā)出的激光波束準(zhǔn)確找到46萬公里外高速飛行的“鵲橋號”難上加難。但中國科學(xué)家已經(jīng)找到了解決方案，不出意外，“鵲橋號”將使人類激光測距的紀錄再增加約8萬公里。