嫦娥奔月为何先架“鹊桥”?揭秘中继星稀奇能力

2019-01-05

  有人问:“嫦娥未动,为何‘鹊桥’先走?”回答这个题现在,吾们先谈谈月背之谜。嫦娥四号探测器将在月球背面柔着陆,但月球背面如深处闺房的娇羞少女相通从不示人,由于地球和月球存在潮汐锁定,月球的自转周期和公转周期十足相通。数百万年来,人类都只能望到月球的“正脸”,却丝毫望不到月球背面。

  固然月球“近在咫尺”,但人类对它照样谜团重重。200众年前,“科幻幼说之父”儒尔·凡尔纳创作的《从地球到月球》,开启了人类对月球的探索与想象。月球背面行为地球难以不都雅测的一角,在后来的科幻幼说里催生出大量的太空幻想。

  嫦娥“隔山喊话”,地球有答必答

  “鹊桥”中继星有哪些特点?

  嫦娥四号:“鹊桥”早在那里等着你

  ——光照条件益,航天器很少被地球或月球遮盖;

  这一次,中国航天人不走清淡路,终极敲定将Halo轨道行为“鹊桥”中继星的使命轨道。“鹊桥”在这一轨道上做拟周期行动,能够上演“同框”——既能“望见”地球,又能“望见”月球背面。“鹊桥”经由过程按期轨道限制来保持轨道的安详性,实现对嫦娥四号的中继通信遮盖。

  之因而采用这栽冒险手段,是由于处在月球背面的航天器会被月球所遮盖,地球和航天器无法取得有关。就像两幼我“隔山喊话”,无法相互听到,更何况这座高山是月球。

  200众年后的今天,中国航天人造“嫦娥奔月”架首一座 “鹊桥”。这一次,他们选择了一个“兴趣”的点位——地月拉格朗日L2点。

  别望外外不首眼,但“里子”有“内涵”。40众万公里的通信距离,“鹊桥”架首的是世界上最长的“桥”。

  摆在他们眼前的两条“路”,一个是李萨茹轨道,另一个是Halo轨道——这就必要中国航天人作出抉择,原形去哪个轨道。

  之因而选择地月拉格朗日L2点,中国航天人有三点考虑:

  说首“鹊桥”,容易让人联想到技术堪称成熟的“天链一号”中继星。11年前,第一颗“天链一号”发射成功。11年间,相继发射的4颗“天链一号”中继星组网运走,成功实现对中、矮轨航天器全球100%遮盖。

  众多宇宙,太阳系一隅,在地球与月球之间,一座贴有中国标签的“鹊桥”,已经搭建完毕,其义务是接待到访月球的地球宾客——嫦娥四号。

  “鹊桥”中继星“个头”不大,整个“体重”只有448公斤。

  “鹊桥”中继星能同时将地球、月球背面纳入视野,从而扮演两个正本被阻隔地点之间的“传球手”。

  ——这个点处于地球和月球两点连线的延迟线上,且在月球一侧。在这边,“鹊桥”有机会和地球、月球背面进走新闻和数据交换;

  天然,嫦娥四号并不是月背的匆匆过客,而要在那里众住些时日。如何破解“隔山喊话”的难题?这时候,“鹊桥”中继星派上用场了。

  原形上,早在上世纪50年代,国际航天界便挑过中继星Halo轨道的概念。只是时至今日,人类才将这一设想变为现实。

  “嫦娥”未动,“鹊桥”先走。半年众前,带着探月中继通信义务的“先走官”——“鹊桥”中继星进入使命轨道,为此次发射的嫦娥四号架首一座最长的“桥”。

  不走清淡路,地球、月背上演“同框”

  照片拍摄:王 旭

  为了让牛郎和织女相会,各地喜鹊会飞过来用身体紧贴着搭成一座桥——鹊桥,牛郎和织女便在鹊桥上相会。

  瞄向“月之背”的“鹊桥”是人类探索月球迈出的坚实一步,也是创新性一步。在“鹊桥”的协助下,“月之背”将第一次听到来自地球“亲人”的叩门声。

  众年前,它的“同胞姐姐”嫦娥三号曾探访过。众年后的今天,嫦娥四号带着人类首次月球背面柔着陆巡视探测的神圣使命飞去月球。

  3D建模技术声援:中科澄海科技

  2018年5月21日,一个象征良缘的日子。“鹊桥”中继星在西昌卫星发射中心奔向太空,进入预定地月迁移轨道,最先了搭建地月新闻联通“鹊桥”的航程。

  “鹊桥”中继星在广袤的太空中,会经历一段异国光照的时光,阴影区的温度在-200℃旁边,最冷的区域达到-230℃以下。在这样冰凉环境中,“鹊桥”全身都会被“冻僵”。为此,中国航天人采用了稀奇原料,并进走大量的极端环境下的试验,让“鹊桥”中继星不被“冻坏”。

  “人类历史上航天器首次造访地月L2点,做Halo轨道飞走,这并不容易。”有行家打过一个比方:“鹊桥”中继星在Halo轨道上运走,就像一个顽皮的孩子,只要一段时间不关注他,就能够会“离家出走”,甚至不知所踪。这就必要中继星时刻保持高安详、高精度的姿态和角度。

  值得一挑的是,中国航天人还给远在天边的“鹊桥”中继星安置了众部“手机”,地面做事人员能够同时给这几部“手机”打电话,发出相通的遥控指令,以规避“因距离远或其他未知因素”造成的信号休止、新闻传送禁绝确等题目。

  拿首“鹊桥”,大众数人会想到牛郎和织女的喜欢情故事。

  天然,倘若中继星“守”在地月拉格朗日L2点“一动不动”,受月球的遮盖,照样“望不见”地球。走哪条“路”?“路线”是什么样?这曾是航天人造之困扰的题目。

  与“天链一号”相比,“鹊桥”中继星有一个最大差别点——“天链一号”对数据采取透明转发手段,即偏差数据做处理,保持“原汁原味”;而“鹊桥”中继星属于“新生转发”,即先对数据进走“解码”“去格式”“复接”“编码”等处理,再发送。能够望出,“鹊桥”中继星实现了详细升级。

  幸运的是,200众年前,瑞士科学家欧拉和法国科学家拉格朗日用拙劣的聪明,计算出拉格朗日L1-L5点。安放在这5个点的幼卫星或幼天体相对两个大天体基本保持静止,这也是航天人不息寻觅的地月引力均衡点。

  在吾国嫦娥四号探月工程中,一款以“鹊桥”命名的中继星,承载着这一美益寓意,实现了“地月传书”。

  中继星“新人”,有“内涵”、“道具”众

  “鹊桥”中继星上架设的4.2米“巨伞”,是人类深空探测器历史上最大口径太空通信天线。这张“巨伞”睁开后,为“鹊桥”中继星和地球之间架设一座伞状“桥”,能够为嫦娥四号着陆器、巡视器与地面测控站之间的“地月对话”挑供便利。

  为什么“选址”地月L2点做Halo轨道运走?

  为什么嫦娥奔月要先架“鹊桥”?

  “鹊桥”中继星发射后不久,有行家陆续用3个“首次”道出嫦娥探月工程的不易。

  探月之路,路途迢遥;每迈一步,足够艰险。为了让嫦娥四号远航之途安全然安,中国航天人早就做益了邃密打算。

  ■本报记者张新邹维荣段江山

  同时,“鹊桥”中继星已具备在1000m/s高速在轨飞走过程中,速度限制精度偏差不大于0.02m/s的本领,能够说是“在高速奔跑中还能够稳稳地做微雕”。这一“自立可控、毫厘不差”的能耐,让航天人实走的轨道限制周期延迟到7天旁边一次,为中继星坦然、永远、安详在轨运走打下基础。

  直到1959年,从苏联的“月球3号”传送回来的照片上, 才让人类有幸一睹月球背面的真容。那次义务,是具有冒险性的探索。异国中继星,“月球3号”只能选择被动飞走模式。在飞过月球背面之时,地球被迫失联,人们只能眼睁睁望着飞船从月球背面一侧湮灭,又从另一侧浮现。当“月球3号”绕回月球“正脸”,才将月背照片发送给了地球。

  ——受地球和月球的影响幼,中继星永远运走所需轨道维持量较幼,说白了就是撙节燃料。

  为了望益这个顽皮的“孩子”,“家长们”特意为“鹊桥”中继星量身定制了具有高智能化程度、全天候、全天时、全空域运走能力的光纤陀螺惯性测量单元,这将脱离之前姿态敏感器必要借助地球、太阳等天体来定位的奴役,大大升迁其轨道限制能力。

  原形上,要建首连接地球和月球、跨越40众万公里的“星际穿越”通信链路,考验的是每一位“队友”通力配相符、协同“跑位”、精准“传球”的能力。以前几个月,挑进展入战位的“鹊桥”中继星,已经进走了中继通信功能的在轨“训练”;地球测控站的“牧星人”,众次演习了义务全流程及答急预案,他们精心守护“鹊桥”,只为等候“嫦娥”传来的第一条月背新闻。

  人类首次实现月背柔着陆,首次采用地月中继星通信,首次选择地月拉格朗日L2点。3个“首次”望似比较自力,其实有关极为严密。嫦娥四号选择月背着陆,就少不了中继星;有了中继星,一定要找到正当的地月引力均衡点。其实,题目的根本是点位的选择。

  除了“巨伞”,“鹊桥”中继星还有一壁超高清“逆光镜”——激光角逆射器。地球不都雅测站发出的激光波束,能够实在找到40众万公里外高速飞走的“鹊桥”中继星,经由过程发送、授与的时间差,计算出星地距离,这是人类历史上很远距离的激光测距试验。