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科普:“鵲橋”中繼星靠什么幫“嫦娥”赴廣寒?
2018-06-18 15:47:52 來源: 新華網(wǎng)
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  新華社北京6月18日電 題:科普:“鵲橋”中繼星靠什么幫“嫦娥”赴廣寒?

  新華社記者白國龍

  經(jīng)過20多天的精確飛行,承擔(dān)嫦娥四號中繼通信任務(wù)的“鵲橋”中繼星不畏宇宙射線、太空碎片的襲擾,跨越40多萬公里于6月14日成功抵達(dá)繞地月L2點的Halo軌道,正式進(jìn)入預(yù)定位置。隨后“鵲橋”開始積極“備戰(zhàn)”,為2018年底前到月球背面執(zhí)行探測任務(wù)的嫦娥四號月球探測器打好前站、掃清障礙,搭建一條連接地球和月球的信息“生命線”。

  “這是人類歷史上航天器首次造訪地月L2點Halo軌道,‘鵲橋’的成功就位,不僅為嫦娥四號任務(wù)的順利開展奠定了堅實基礎(chǔ),更標(biāo)志著中國航天人的軌道控制、通信等空間技術(shù)邁入國際領(lǐng)先行列?!焙教炜萍技瘓F(tuán)五院院長張洪太說。

  “要探‘月背’、中繼先行”,搭建中繼鏈路是實現(xiàn)月球背面探測的第一步,也是一個難關(guān)。20世紀(jì)50年代國際航天界提出了中繼星Halo軌道的概念,如今,中國航天人將設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實。

  Halo軌道又叫“暈軌道”,取日暈和月暈之意,軌道形狀是非共面的三維非規(guī)則曲線,而“暈軌道”控制的難度和復(fù)雜程度“確實挺讓人頭暈”。

  航天科技集團(tuán)五院502所技術(shù)人員形象地說,“鵲橋”在這個軌道上運行就像調(diào)皮的孩子,只要一段時間不關(guān)注就會“離家出走”,甚至不知所蹤。為了完成嫦娥四號探測器與地面測控站之間的數(shù)據(jù)中繼,需要中繼衛(wèi)星時刻保持高穩(wěn)定、高精度的姿態(tài)和角度,否則就會影響信息的傳輸,甚至影響嫦娥四號任務(wù)的完成。

  為了應(yīng)對復(fù)雜軌道下對航天器進(jìn)行頻繁姿態(tài)調(diào)整的挑戰(zhàn),保證在壽命期內(nèi)從容面對突發(fā)事件、減少地面人員的操作負(fù)荷,專家們把提升航天器自主控制的智能化水平、精準(zhǔn)化程度放在首位,在軌道控制策略上設(shè)計了速度增量關(guān)機(jī)和時間關(guān)機(jī)兩種模式,對軌控關(guān)機(jī)前的發(fā)動機(jī)脈寬進(jìn)行了精確設(shè)計。此外,他們專門為“鵲橋”量身定制了具有高智能化水平、全天候、全天時、全空域運行能力的光纖陀螺慣性測量單元,徹底擺脫了之前姿態(tài)敏感器需要借助地球、太陽等天體來定位的束縛。

  “這就像在高速奔跑中還要穩(wěn)穩(wěn)地做微雕?!奔夹g(shù)人員對“鵲橋”軌道控制的精度充滿自信——裝備大量原始創(chuàng)新、系統(tǒng)集成創(chuàng)新的新技術(shù),“鵲橋”具備在1000m/s高速在軌飛行中,速度控制精度誤差不大于0.02m/s的本領(lǐng)。

  建一條穿越40多萬公里的“星際空間”、連接地球和月球的通信鏈路,考驗的不只是設(shè)計上科學(xué)合理、更要求工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠。為此,“鵲橋”進(jìn)入預(yù)定位置后便開展中繼通信功能的測試,進(jìn)一步磨合自身所攜帶的新式裝備,力保在長達(dá)3年的壽命期間時刻保持最佳狀態(tài)。

  多安全備份遙測遙控指令設(shè)計是航天科技集團(tuán)五院西安分院技術(shù)人員針對“鵲橋”特有工作環(huán)境的創(chuàng)新之舉,這就像通過多重備份給“鵲橋”配了多部“手機(jī)”。地面工作人員可以同時給這幾部“手機(jī)”打電話,發(fā)出相同的遙測指令,規(guī)避因為距離遠(yuǎn)或其他未知因素造成的信號中斷、信息傳送不準(zhǔn)確等問題。此外,“鵲橋”裝備的S頻段數(shù)字化深空應(yīng)答機(jī)是我國首臺數(shù)字化深空應(yīng)答機(jī),不僅具有對錯誤數(shù)據(jù)自我修正的功能,而且具有強(qiáng)大的靈敏度和信號捕獲能力,為航天器穩(wěn)定運行再上一道“安全鎖”。

  專家表示,“鵲橋”裝備的4.2米口徑的高增益?zhèn)銧顠佄锩嫣炀€,是人類深空探測任務(wù)史上最大口徑的通信天線,可以實現(xiàn)對地、對月、對日和對慣性空間任意目標(biāo)指向與跟蹤的三軸穩(wěn)定控制,將為嫦娥四號著陸器、巡視器與地面站之間的測控與數(shù)據(jù)傳輸提供有力支撐。

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【糾錯】 責(zé)任編輯: 尹世杰
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