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月球背面有信號能做什么?盤點(diǎn)“鵲橋號”的世界之最
2018-05-22 07:29:13 來源: 新京報(bào)
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  “鵲橋號”將定位于地月拉格朗日L2點(diǎn)并環(huán)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(tuán)供圖

  昨日5點(diǎn)28分,“鵲橋號”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由長征四號丙火箭發(fā)射升空。國家航天局供圖

  昨天早晨5點(diǎn)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?!谤o橋號”將飛過月球,最終到達(dá)地月拉格朗日L2點(diǎn),最遠(yuǎn)距離地球約46萬公里。

  據(jù)悉,這是我國將在年底擇機(jī)實(shí)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(shí)“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(diǎn)高度200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)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(dòng)和月球借力,完成“L2點(diǎn)”捕獲、軌道修正后,最終進(jìn)入環(huán)繞地月“L2點(diǎn)”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?yàn)樗鼈兊娜蝿?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(gè)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(shí)驗(yàn)室任務(wù)中,借助“天鏈一號”,航天員順利進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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(jī)遇號”兩輛火星車拍攝的火星照片和化驗(yàn)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(yuǎn)以同一面朝向地球。邢強(qiáng)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(jìn)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(jì)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(shí)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(diǎn)”?

  相對地月靜止,可實(shí)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(diǎn)附近。宇宙中兩個(gè)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(yùn)行軌道。而三個(gè)天體之間的作用力關(guān)系非常復(fù)雜,很長時(shí)間內(nèi)人類難以求解??茖W(xué)家們漸漸發(fā)現(xiàn),三個(gè)天體中有一些點(diǎn)的位置很特殊,在這些點(diǎn)上,最小的天體相對于兩個(gè)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(gè)這樣的點(diǎn),即L1~L5點(diǎn),也稱為拉格朗日點(diǎn)或平動(dòng)點(diǎn)。

  5個(gè)點(diǎn)中,“L2點(diǎn)”位于兩個(gè)大天體球心連線延長線且靠近小天體一側(cè)?!谤o橋號”的使命軌道就是地月“L2點(diǎn)”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(diǎn)”與月球的距離也是變化的,最大距離不大于8萬公里,可實(shí)現(xiàn)對著陸器和巡視器的中繼通信覆蓋。

  邢強(qiáng)解釋,地月“L2點(diǎn)”是個(gè)“有趣”的位置,在這里,中繼星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的周期與月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的周期相同。通過巧妙的設(shè)計(jì),維持“L2點(diǎn)”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(yuǎn),建立遠(yuǎn)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?!谤o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(shí)每刻將寶貴的科學(xué)數(shù)據(jù)從遙遠(yuǎn)的外太空送達(dá)地球。

  激光測距試驗(yàn)或史上距離最遠(yuǎn)

  激光測距試驗(yàn),是指通過激光進(jìn)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(shí)間差計(jì)算出星地距離。

  歷史上最遠(yuǎn)距離的激光測距試驗(yàn)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(yàn)。

  如今,在距地球最遠(yuǎn)約46萬公里的地月L2點(diǎn)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(jì)錄再增加約8萬公里。(記者 倪偉)

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【糾錯(cuò)】 責(zé)任編輯: 邱麗芳
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