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月球背面有信號能做什麼?盤點“鵲橋號”的世界之最
2018-05-22 07:29:13 來源: 新京報
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  “鵲橋號”將定位于地月拉格朗日L2點並環繞軌道飛行,為“嫦娥四號”月球探測提供地月間中繼通信。中國航天科技集團供圖

  昨日5點28分,“鵲橋號”在西昌衛星發射中心由長徵四號丙火箭發射升空。國家航天局供圖

  昨天早晨5點28分,“嫦娥四號”探月任務邁出了第一步——中繼通信衛星“鵲橋號”在西昌衛星發射中心升空。“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46萬公裏。

  據悉,這是我國將在年底擇機實施“嫦娥四號”月球探測任務的“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傳通道。

  昨天,長徵四號丙火箭飛行25分鐘後,將“鵲橋號”直接送入近地點高度200公裏、遠地點高度40萬公裏的預定地月轉移軌道。“鵲橋號”將經中途修正、近月制動和月球借力,完成“L2點”捕獲、軌道修正後,最終進入環繞地月“L2點”的使命軌道。

  釋疑1

  中繼衛星有何特殊能力?

  曾助中國航天員在太空為中小學生“上太空課”

  中繼衛星屬于通信衛星,被形象地稱為“衛星的衛星”,因為它們的任務是為衛星、飛船等航天器傳輸數據。

  我國中繼衛星已經歷十余年發展,主要是“天鏈”係列,首發星是10年前發射的天鏈一號01星。2011年至2012年,天鏈一號02、03星相繼發射,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星係統的國家。

  其後的“神舟”飛船和“天宮”空間實驗室任務中,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。

  據美國航空航天學會會員、“小火箭”科普平臺創始人邢強介紹,在人類太空探索史上,比較有名的中繼衛星是“2001火星奧德賽號”,該衛星2001年10月24日進入火星軌道,2002年2月19日開始執行任務,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據,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”能助其與地球聯絡

  在月球背面著陸,通信是繞不開的問題。

  由于月球公轉周期與自轉周期相同,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,並開展月球巡視勘察。

  記者了解到,搭一座“鵲橋”,就建立了“嫦娥四號”與地面測控網絡的聯係。“鵲橋號”所在位置,既能“看到”月球背面,也能“看到”地球。利用中繼星實現地球與月球背面的通信,這在世界范圍內是第一次。

  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傳輸信息,其位置必須位于月球背面。那麼“鵲橋號”的最佳位置在哪裏?

  科學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係非常復雜,很長時間內人類難以求解。科學家們漸漸發現,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。瑞士科學家歐拉和法國科學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。“鵲橋號”的使命軌道就是地月“L2點”環繞軌道,它位于月球背面一側,距月球約6.5萬公裏。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8萬公裏,可實現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,在這裏,中繼星繞地球轉動的周期與月球繞地球轉動的周期相同。通過巧妙的設計,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,建立遠距離數據通信鏈路是世界各國都在致力發展的深空探測關鍵核心技術。

  通信能力與天線的“本事”密不可分。“鵲橋號”上架設了一副展開後口徑近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”和地球之間鋪設了一架高速橋梁,每時每刻將寶貴的科學數據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測量。其原理是將激光束射向放置在衛星表面的角反射鏡,通過發送、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,從那以後,美國、法國、日本、中國等國科學家先後完成了地月激光測距試驗。

  如今,在距地球最遠約46萬公裏的地月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,讓地球觀測臺站發出的激光波束準確找到46萬公裏外高速飛行的“鵲橋號”難上加難。但中國科學家已經找到了解決方案,不出意外,“鵲橋號”將使人類激光測距的紀錄再增加約8萬公裏。(記者 倪偉)

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【糾錯】 責任編輯: 邱麗芳
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