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嫦娥四號落月前20多天忙啥?可不僅僅是為等天亮
2019-01-04 07:49:55 來源: 科技日報(bào)
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  1月3日,嫦娥四號成功踏足月球背面,讓中國航天又一次創(chuàng)造了人類首次。

  不過,它從2018年12月12日進(jìn)入環(huán)月軌道至今,繞著月球飛了20多天才降落。許多網(wǎng)友表示不解:既然“起大早”,為啥要“趕晚集”?

  不僅僅是為等天亮

  有專家解釋,嫦娥四號要等著陸區(qū)天亮。月球整體光照情況顯示,嫦娥四號進(jìn)入月球軌道時,它的預(yù)定著陸區(qū)南極艾肯盆地一帶正在進(jìn)入夜晚。黑燈瞎火降落,萬一摔跟頭怎么辦?由于一個月夜相當(dāng)于地球上的14天,所以它多飛一陣,等到落區(qū)太陽高照時降落,當(dāng)然更加穩(wěn)妥。

  但北京航天飛行控制中心軌道專家組組長劉勇告訴科技日報(bào)記者,其原因不僅于此,還跟嫦娥四號的入軌傾角與落區(qū)位置有關(guān)。

  劉勇說,嫦娥四號進(jìn)入環(huán)月軌道時,其軌道面與地月連線基本垂直,而它的首選著陸點(diǎn)——位于艾特肯盆地中部的馮·卡門撞擊坑,經(jīng)度在180度左右。這意味著當(dāng)時嫦娥四號的軌道并不經(jīng)過落點(diǎn),其間有大約270度的偏差。這需要通過月球自轉(zhuǎn),花費(fèi)20多天逐漸彌補(bǔ)。

  有網(wǎng)友發(fā)問:既然要等,干嘛不推遲半個月發(fā)射?這就涉及到發(fā)射窗口問題。

  記者了解到,嫦娥四號的發(fā)射時間可不是隨便選擇的,要考慮很多約束條件,使它與日、地(包括地面點(diǎn)和近地軌道)、月(包括著月點(diǎn))的相對關(guān)系滿足任務(wù)需求。例如,奔月軌道需要調(diào)整近月點(diǎn)經(jīng)度和飛行時間,讓環(huán)月軌道臨近著月點(diǎn)上空,為登月創(chuàng)造條件;奔月飛行過程中,要考慮太陽能帆板的受曬問題,要求太陽光入射方向與太陽帆板之間的夾角保持在一定范圍內(nèi)。此外在飛行和著陸過程中,還要考慮連續(xù)測控問題。這些約束條件有的決定發(fā)射月份,有的決定要在哪天、幾點(diǎn)發(fā)射。嫦娥四號要在月背著陸,各種約束關(guān)系特別復(fù)雜,其形成發(fā)射機(jī)會的交集只在12月8日和9日各有2次,加起來也只有幾分鐘。正所謂“過了這村就沒這店”。

  中繼通信不像打電話那么簡單

  除了上述原因,嫦娥四號這段時間也不是“閑逛”。劉勇說,出于工程上的考慮,嫦娥四號繞月期間一些設(shè)備需要開機(jī)進(jìn)行測試,有足夠的時間,才能讓測試更完整,準(zhǔn)備更充分??乒ぞ窒⑼嘎叮隙鹚奶栠M(jìn)入環(huán)月軌道以來,進(jìn)行了2次環(huán)月軌道修正,與“鵲橋”中繼星進(jìn)行了4次中繼鏈路測試,開展了激光測距、三維成像、微波測距測速等導(dǎo)航敏感器在軌測試,為實(shí)施月球背面軟著陸做好準(zhǔn)備。

  其中,中繼通信鏈路的建立是確保任務(wù)成功的關(guān)鍵之一。

  記者從中國航天科技集團(tuán)五院了解到,鵲橋中繼星于2018年12月14日成功與嫦娥四號著陸器、巡視器組合體建立了前向/返向通信鏈路連接。前向鏈路指地面站將遙控指令發(fā)給鵲橋并轉(zhuǎn)發(fā)給嫦娥四號;返向鏈路指嫦娥四號將數(shù)據(jù)通過鵲橋轉(zhuǎn)發(fā)到地面。

  這可不像我們平時打電話那么簡單。五院嫦娥四號中繼星總體主任設(shè)計(jì)師孫驥介紹,當(dāng)時嫦娥四號運(yùn)行在環(huán)月軌道,鵲橋運(yùn)行在距地球約45萬公里的地月拉格朗日2點(diǎn)Halo軌道上。為了確保它們之間通信鏈路的正常建立,鵲橋上配置的4.2米傘狀拋物面天線必須時刻精確指向嫦娥四號的航跡。在保證姿態(tài)指向的前提下,通過開啟兩個飛行器上的各類通信設(shè)備,建立X頻段的通信鏈路。

  嫦娥四號和鵲橋分別在各自的軌道上高速運(yùn)行,因此通信鏈路的維持是個動態(tài)過程。孫驥說,要保證通信鏈路平穩(wěn)可靠,要求鵲橋像諸葛亮一樣,對嫦娥四號下一步的位置神機(jī)妙算,并保證自己的姿態(tài)準(zhǔn)確地指向那里。鵲橋的傘狀拋物面天線波束角極小,一個細(xì)微的姿態(tài)擾動,就會讓通信鏈路出現(xiàn)“卡頓”。這對鵲橋要求十分苛刻,既要“算得準(zhǔn)”,更要“指得準(zhǔn)”。(記者 付毅飛)

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