太空搭起新“鹊桥”,月球背面第一次有信号了

西安航天基地
2018-05-22 12:15
未知
来源:澎湃新闻·澎湃号·政务

5月21日5时28分,我国在西昌卫星发射中心用长征四号丙运载火箭,成功将探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”号中继星发射升空。这是世界首颗运行于地月拉格朗日L2点(简称地月L2点)的通信卫星,它将在地面测控站与未来着陆月球背面的嫦娥四号探测器之间,搭建一座数据信号的桥梁,为嫦娥四号提供卫星“中继服务”,是名副其实的“嫦娥先行官”,位于西安航天基地的航天六院以及航天五院西安分院为鹊桥升空提供了坚实保障。

人类永远只能看到月球的“一面”

由于地球强大引力的影响,月球也付出了很大代价:地球将月球的自转周期减慢(与围绕地球公转周期完全一样),也就是潮汐锁定。

在这种效应下,身处地球的人类基本永远只看到月球的“正面”,只能在特定条件下看到月球“背面”一小部分,总体来看,人类无法看全月球背面的。

人类在地球上永远只能看到的月球正面(左)和看不全的背面(右)(图片来源于NASA)

即便到了载人航天时代,由于月球整体的阻拦,背面成了地面通信的禁区。在过去的60年内,人类已经发射了超过百个月球探测器,其中有65个月球着陆器,但仅有少数航天器看到过月球背面,没有任何一个能够实现月球背面的着陆。

因此,人类关于月球背面的阴谋论和谣言甚嚣尘上,外星人基地、纳粹残余、月球人家园,这些甚至广泛出现在各种科幻作品中,各种演绎充满想象力。月球背面甚至得名“月之暗面”(尽管实际上背面也能被太阳照到,只是人类看不到而已)。

为实现月球背面的探测、登陆与研究,就必须把信号传递到那里。现在这个方案就是中国嫦娥四号登陆信号中继星,人类历史上首个,妥妥的。

长四丙火箭再立功

航天六院为鹊桥提供金牌动力

 

推举“鹊桥”升空的发动机均由位于西安航天基地的航天六院研制提供,此次成功发射为我国“嫦娥四号”月球探测器在月球背面软着陆搭起“鹊桥”铺平了道路。承担本次发射任务的长征四号丙运载火箭自2006年首飞至今,已执行20余次发射任务,将20多颗遥感卫星送入太空,并搭载发射了10余颗国内外小卫星,为空间探索立下了赫赫战功。

本次发射任务是长征四号丙运载火箭首次在西昌卫星发射中心执行高轨道发射任务,开启了其开展宇航发射任务的“新征程”。中继星“鹊桥”是中国航天科技集团有限公司自主研发的地月中继通信卫星,同时也是人类历史上第一颗地球轨道外专用中继通信卫星,也是第一颗在地月L2平动点上采用Halo轨道的卫星。

“鹊桥”的成功发射,标志着我国率先掌握了地月中继通信技术,这是我国在月球探测领域取得的新突破。中继星“鹊桥”的成功发射,为后续嫦娥四号成功着陆月球背面开展探测任务奠定了关键性的基础,为嫦娥四号探月工程的圆满完成提供了有力保障。

航天五院西安分院搭鹊桥

太空通信节省45万公里 

位于西安航天产业基地的航天五院西安分院为“鹊桥”研制了测控分系统、中继通信分系统及天线分系统,部件级产品国产化率100%,完全实现自主可控,可以有效保障了“鹊桥”从升空那一刻起到在轨运行全阶段各类重要数据信号的传送和重要功能的实现。

 “鹊桥”要架设在距地球约45.5万公里的拉格朗日L2点,为保障嫦娥四号中继卫星顺利实现星际穿越、时刻与地面保持联系,航天五院西安分院的设计师们采用了前所未有的创新性设计手段,在不同的入轨阶段设计了相应的工作模式,满足了复杂多变的入轨过程需要,保障地面对“鹊桥”的可控。

测控分系统提供的多个安全备份遥测遥控指令就好比让嫦娥四号中继卫星这个人类的“孩子”带了好几部手机,“地球母亲”同时给这几部手机打电话,发出相同的遥测指令,避免了因为距离远或其他太空因素造成的信号中断、信息传送不准确等问题。”

西安分院主管科研生产任务的和新阳副院长表示,“鹊桥”的成功搭建,使得中国成为世界上第一个向深空发射中继卫星的国家。未来,“鹊桥”还可能为我国及其他国家深空探测提供服务,有了这座“桥”至少可以节省45.5万公里的太空通信距离。我们的深空探测也进入新时代。

除此之外
“鹊桥”上的大天线
也是由航天五院西安分院研制的 
 

嫦娥四号中继卫星是一颗重量400多公斤的“小”卫星。可是在这颗“小”卫星上却有个“大”家伙——大口径伞状天线。

为了实现和保障“鹊桥”中继功能的顺利实现,研制人员给它配备了多副天线。其中,大口径伞状天线是最关键的一副,它直接指向月球,与嫦娥四号探测器对接,不仅要将地面的测控指令说给探测器听,还要听清楚探测器给中继星说了些啥。

伞天线,顾名思义,像一把伞一样,在中继星与火箭分离一段时间后,这把“伞”就打开了,这把“伞”在太空中需要经历严酷的考验。嫦娥四号中继星在浩瀚的太空中还会经历一段没有光照的阴影区,阴影区的温度是-200℃左右,最冷的地方将达到-230℃,在如此严寒下,伞天线全身都“冻僵了”。为了让它从“冻僵”的状态中恢复过来,航天五院西安分院的设计师们做了包括力学、热学等不计其数的试验,有效保障了伞天线能够克服严酷环境,顺利展开。

据西安分院副总工程师、嫦娥项目指挥陈岚介绍,伞天线研制较难,国际上,仅有少数几个国家能实现伞天线的研制。此次嫦娥四号中继卫星身上带的这把“伞”是国际上第一次将大口径伞天线成功应用于深空探测的成功案例。

    责任编辑:李立峰