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地面和月球背面之间为啥需要一座“鹊桥”

来 源:人民日报
发布时间:2018-05-22
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点的通信卫星,将为年底择机实施的嫦娥四号月球探测任务提供地月间的中继通信。
 
为什么围绕拉格朗日L2点飞行
 
据介绍,探月工程嫦娥四号任务将实现国际首次月球背面软着陆和巡视勘察。而这次发射的鹊桥号中继星将承担嫦娥四号着陆器和巡视器与地球间的通信和数传任务。也就是说,这颗中继星是航天人搭建起的地月信息联通的“天桥”。
 
为什么要这么做?
 
专家解释,这是由于月球绕地球公转的周期与月球自转的周期相同,所以月球总有一面背对着地球,这一面称之为月球背面。着陆在月球背面的探测器由于受到月球自身的遮挡,无法直接实现与地球的测控通信和数据传输,因此需要一颗中继星。
 
据介绍,鹊桥号中继星将在地月连线延长线的拉格朗日L2点附近,围绕L2点飞行,实现对地、对月中继通信,保障嫦娥四号任务实施。这颗中继星到月球的平均距离约为6.5万公里,距地球则为40多万公里。
 
拉格朗日点又称为平动点,于1772年由法国数学家拉格朗日推算得出,是指一个小物体在两大物体的引力作用下,小物体相对于它们基本保持静止的空间点。该空间点有5个,分别为L1、L2、L3、L4、L5。在拉格朗日点上,探测器消耗很少的燃料即可长期驻留。
 
除了完成中继任务,此次发射还搭载了由哈尔滨工业大学研制的两颗月球轨道编队超长波天文观测微卫星“龙江一号”“龙江二号”,将开展月球轨道编队飞行、空间超长波天文干涉测量等技术试验。鹊桥号中继星和微卫星还将利用携带的荷兰研制的低频射电探测仪、沙特研制的月球小型光学成像探测仪、中山大学研制的激光角反射器等有效载荷,择机开展科学探测试验。
 
探索月球背面有什么意义
 
嫦娥四号的主要任务是什么?
 
据介绍,2013年12月,嫦娥三号任务圆满完成我国首次地外天体软着陆和巡视勘察之后,国防科工局组织开展了嫦娥四号任务实施方案调整的论证工作。综合考虑国际前沿、科学价值、经济和技术可行性等因素,最终确定了月球背面软着陆和巡视勘察的总体方案。
 
专家介绍,月球背面始终背对地球,屏蔽了地球的无线电、闪电和极光等干扰信号,在月球背面独特的电磁环境条件下,开展低频射电观测研究,将填补100KHz—10MHz射电天文观测空白,有望取得行星际激波、日冕物质抛射和空间传播机理等方面原创性成果。
 
此外,月球背面与正面的地质特征存在很大差异,嫦娥四号对月球背面开展形貌、物质组成、月壤和月表浅层结构的就位与巡视综合探测,将促进对月球早期演化历史的新认知。
 
因此,嫦娥四号任务肩负人类探索未知领域的重要使命,将突破一系列极具挑战的高新技术,是开展后续月球探测的序章,也将促进人类探索向更加深远的太空迈进。
 
据了解,我国将于年底择机发射嫦娥四号着陆器和巡视器,在中继测控支持下实现月球背面软着陆,开展就位和巡视探测,这些科学探测数据再通过中继星转发至地面接收站,开展相关科学研究。
 
我国探月工程开始于2004年,计划在2020年前按“绕、落、回”的发展思路分三期组织实施,实现探月工程既定目标。
 
“鹊桥”从“探月港”开始延伸
 
王玉磊 梁珂岩 余建斌
 
《 人民日报 》( 2018年05月22日   12 版)
 
 
制图:沈亦伶
 
自2007年嫦娥一号卫星从西昌启程奔月,嫦娥二号卫星、嫦娥三号探测器等也相继在这里发射升空,“月城”的名头越来越大,西昌卫星发射中心也成为远近闻名的中国“探月港”。
 
5月21日凌晨,繁星点点,“探月港”里紧张忙碌,托举着“鹊桥”嫦娥四号中继星的长征四号丙运载火箭,巍峨矗立在三号塔架,等待出征的号令。
 
“各号注意,30分钟准备!”“01”指挥员张光斌响亮的调度声,从测发大厅传递到各分系统指挥员,岗位人员按规程进行发射前最后的准备工作。
 
这是张光斌第一次担任“01”指挥员,熬了一宿的他略显疲惫,眼睛却一直紧盯着测试发射实时大屏。
 
“第一次担当‘01’指挥员,压力挺大的,每晚都睡不着。但是我们准备工作非常充分,身后有一批经验丰富、技术成熟的团队在支撑,信心和底气都很足。”张光斌坦言道。
 
作为发射阵地指挥员,他要负责火箭和卫星进场、测试、吊装、发射等全过程的组织、指挥、计划和协调工作,需要全面准确地掌握任务总体情况和各系统状况。
 
已担任过6次技术阵地指挥员的张光斌,在接到担任“01”指挥员的命令后,就决定从零开始,保持小学生的心态。2017年8月跟厂学习以来,他一边忙着长征三号甲系列火箭发射任务,一边挤时间向长征四号丙火箭厂方的专家请教、跟二岗学习。硬是将纯技术性的产品说明书,用自己的经验、理解和语言,转化成操作性强的任务试验文书,还经常到各岗位检查设备和人员状态。
 
此次任务中,三级火箭加注是技术状态变化较大的项目之一。“长征三号甲系列运载火箭三级加注都是低温燃料,而长征四号丙运载火箭三级加注却是常规燃料。”三级前端负责人韩国河介绍说,“虽然加注容量和时间减少了,但是我们的工作量却增加了,口令和状态检查的次数也更多了、标准更细了。”
 
随着发射塔架上一组组回转平台陆续打开,乳白色箭体上的“CZ—4C”深蓝大字映入眼帘。据悉,这次发射任务也是长征四号丙运载火箭在西昌卫星发射中心的首秀。
 
为确保任务万无一失、圆满成功,中心在高强度发射挑战下,一方面对三号发射塔架、发射指挥系统、指控中心系统等多项设施设备和系统都进行了适应性改造,确保硬件上保持最佳状态。一方面按照“系统化设计、工程化推进”的思路,从各分系统中遴选最好的指挥员和岗位操作手专人定岗负责,每个月都召开工作例会,不断完善文书,协调各方接口,确保软实力上准备充分。
 
“各号注意,1分钟准备!”“01”指挥员的口令,使发射现场气氛骤然紧张起来,发射点火已进入读秒阶段。
 
“……5、4、3、2、1,点火!”5时28分,随着“01”指挥员张光斌一声令下,烈焰飞腾,声震山谷,长征四号丙运载火箭迎着清晨第一缕朝阳,在天空中划出一道绚丽的轨迹。
 
“遥测信号正常”“设备跟踪正常”……与此同时,西昌指控中心大厅内灯火通明,回荡着各个测量设备的报告声。大屏幕上实时显示火箭飞行轨迹、各系统工作状态参数,各级指挥员精准调度,有条不紊。指控中心通过瞄准前沿技术在发射场系统的应用,实现了飞行信息二、三维融合,火箭残骸落点实时展示,为指挥员提供了更加准确、更为直观的辅助决策信息。
 
伴随着嫦娥四号中继星已准确进入预定轨道,太阳帆板展开到位,卫星状态正常,“此次发射任务取得圆满成功”的声音响起,指控中心掌声热烈,科技人员庆祝发射成功,同时也祝福“鹊桥”后续旅程圆满顺利。
 
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