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嫦娥四号中继星成功发射 将搭建地月“鹊桥”

2018-05-21
来源:新华社

  21日5时28分,中国在西昌卫星发射中心用长征四号丙运载火箭,成功将探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”号中继星发射升空。这是世界首颗运行于地月拉格朗日L2点(简称地月L2点)的通信卫星,将为2018年底择机实施的嫦娥四号月球背面软着陆探测任务提供地月间的中继通信。

  长征四号丙运载火箭飞行25分钟后,星箭分离,将“鹊桥”直接送入近地点高度200公里,远地点高度40万公里的预定地月转移轨道,卫星太阳翼和中继通信天线相继展开正常。后续,“鹊桥”将经中途修正、近月制动和月球借力,进入月球至地月L2点的转移轨道,通过3次捕获控制和修正后,最终进入环绕地月L2点的使命轨道,地月L2点是卫星相对于地球和月球基本保持静止的一个空间点。

  中国探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁表示,由于月球有一面总是背对着地球,当嫦娥四号进行世界首次月球背面软着陆和巡视勘察任务时,将受月球自身遮挡,无法直接与地球进行测控通信和数据传输,而“鹊桥”则相当于架设在嫦娥四号与地球间的“通信中继站”。

  中国航天科技集团有限公司五院“鹊桥”号中继星项目经理张立华说,“鹊桥”还携带了由荷兰研制的低频射电探测仪,未来将开展在轨科学探测试验。

  执行此次发射任务的长征四号丙运载火箭是长征四号系列运载火箭第一次在西昌卫星发射中心承担发射任务。这是长征系列运载火箭第275次发射。此次还搭载发射了“龙江一号”“龙江二号”两颗月球轨道编队超长波天文观测微卫星。

  发射鹊桥中继卫星难度有多大?外媒感叹:这颗卫星意义非凡!

  鹊桥中继卫星顺利升空了,探月工程再出发,背后凝聚了中国科研人员巨大的努力。这颗卫星要放置在拉格朗日L2点,与以往其它一些卫星运行方式完全不同,而且国外也没有发射过类似卫星的案例,其难度可想而知,这也是中国空间技术的一次重大探索!

  说发射鹊桥号卫星难度大是因为鹊桥中继星要中途修正、近月制动和月球借力,通过一系列的机动变轨最终完成L2点捕获,最后在环绕地月L2点的轨道运行。

  与其它卫星发射最大的不同点就是这颗卫星要同时考虑地球和月球的引力,处在这个位置卫星最省燃料。鹊桥中继卫星是全球首颗地月卫星,并且有很多国家参与其中比如荷兰、沙特,说它也是一个国际合作的项目一点也不为过,因此这个项目也必然引起国外媒体的广泛关注。

  这颗中继卫星对探索月球乃至更远行星具有重要的意义,这在以往是不曾有过的,对探索其它很难探索的行星也是很好的借鉴,此前美国和苏联也只是使用航天器拍摄过月球背面的照片,而此次中国要进行的是将航天器—嫦娥四号着陆到月球背面,这是人类首次对月球背面更深入细微的观测,中国探索外太空的实力进一步增强。

  揭月球背面中继通信三大问题

  世界首颗运行于地月拉格朗日L2点的通信卫星、世界最大口径深空探测通信天线……“鹊桥号”体量虽小,但拥有诸多创举,记者采访卫星研制方和专家对该卫星作了解读。

  释疑1、为何嫦娥奔月要先架“鹊桥”?——为了实现月球背面与地球的通信

  由于月球绕地球公转的周期与月球自转的周期相同,月球只能永远以同一面朝向地球。美国航空航天学会会员、“小火箭”科普平台创始人邢强博士向新京报记者介绍,约41%月面无法被地球观测到,当飞行器飞到月球背面,就难以和地球进行通信,这也是长期以来,人类探测器从未在月球背面着陆的主要原因。

  而中国嫦娥四号探测器将创造历史,计划今年年底降落在月球背面南极附近的艾特肯盆地,开展月球巡视勘察。

  搭一座“鹊桥”,就建立了嫦娥四号与地面测控网络的联系。“鹊桥号”所在位置,既能“看到”月球背面,也能“看到”地球。利用中继星实现地球与月球背面的通信,这在世界范围内是第一次实现。

  释疑2、鹊桥号为何定位在地月拉格朗日L2点?——既在月球背面又相对地月静止

  鹊桥号将为月球背面的着陆任务传输信息,那么其位置必须位于月球背面。然而,在月球背面面向的茫茫宇宙中,鹊桥号的最佳位置是什么?

  科学家为其选择了地月拉格朗日L2点附近。

  何为拉格朗日L2点?宇宙中两个天体之间的作用力可用万有引力描述,用牛顿理论很容易就能得到天体的运行轨道。而三个天体之间的作用力关系非常复杂,称为三体问题。

  在三个天体中,有一些点的位置很特殊,在这些点上,最小的天体相对于两个大天体基本保持静止。瑞士科学家欧拉和法国科学家拉格朗日一共算出了5个这样的点,即L1~L5点,也称为拉格朗日点或平动点。

  “鹊桥号”研制人员表示,由于特殊的空间位置和动力学特性,拉格朗日点成为开展空间探测的最佳位置,很多科学卫星都运行在拉格朗日点附近的轨道上。

  在5个地月拉格朗日点中,“鹊桥号”的使命轨道,为月球背面一侧的地月L2点环绕轨道。地月L2点位于地月球心连线上靠近月球的一侧,距月球约6.5万公里。由于地月距离是变化的,L2点与月球的距离也是变化的, 最大距离不大于8万公里,可实现对着陆器和巡视器的中继通信覆盖。

  为何选择L2点?美国航空航天学会会员、“小火箭”科普平台创始人邢强博士解释,地月L2点是个“有趣”的位置,在这里,中继星绕地球转动的周期与月球绕地球转动的周期相同。通过巧妙的设计,维持L2点的位置所消耗的燃料较少,太阳能帆板的效率也因少受阴影影响而较高。

  释疑3、中继星有何特殊能力?——中国中继卫星帮助航天员实现天地通话

  中继卫星属于通信卫星,被形象地称为“卫星的卫星”,因为它们的任务是为卫星、飞船等航天器传输数据。

  我国中继卫星已经经历了十余年发展,主要为“天链”系列,首发星是10年前发射的天链一号01星。2011年、2012年天链一号02、03星相继发射,中国成为世界第二个拥有对中、低轨道航天器全球覆盖中继卫星系统的国家。

  在其后的神舟飞船和天宫空间实验室任务中,借助天链一号,航天员顺利进行了“天地通话”“天地双向视频通话”、航天员与地面同步收看电视新闻。2013年,航天员王亚平在天宫一号中向全国中小学生上了一堂太空课,借助的也是天链一号强大的信号中继功能。

  据邢强介绍,在人类太空探索史上,比较有名的中继卫星是“2001火星奥德赛号”。该卫星2001年10月24日进入火星轨道,2002年2月19日开始执行任务,我们耳熟能详的“勇气号”和“机遇号”两辆火星车拍摄的火星照片和化验的火星样本数据中,有85%是以“2001火星奥德赛号”作为通讯中继传回地球的。

  “鹊桥”号中继星是世界首颗运行于地月拉格朗日L2点的通信卫星,将为年底择机实施的嫦娥四号月球探测任务提供地月间的中继通信。

  其实在“鹊桥”之前,中国已经成功发射过四颗中继卫星。

  2008年4月25日,我国首颗数据中继卫星“天链一号01星”在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭发射成功。

  2011年7月11日,我国成功发射天链一号02星。02星主要用于中国神舟载人飞船及载人航天器提供数据中继和测控服务。

  2012年7月25日,“天链一号03星”顺利发射升空。“天链一号03星”是中国发射的第三颗地球同步轨道数据中继卫星,成功发射后,实现“天链一号”卫星全球组网运行,标志着中国第一代中继卫星系统正式建成。

  2016年11月22日,天链一号04星送入太空。

  嫦娥四号预计今年年底“探月”

图片说明:嫦娥四号通过中继卫星“鹊桥”的通信支持,在月球背面进行科考(假想图)

  嫦娥三号在2013年成功登陆月球并释放了玉兔号月球车。在嫦娥三号取得成功后,嫦娥四号计划在月球的背面软着陆,这也将是人类首次月球背面着陆探测。

  预计嫦娥四号将在今年年底前由长征3B火箭发射升空。嫦娥四号抵达月球背面后,将开展月基低频射电天文、月球背面巡视区形貌和矿物组份、巡视区浅层结构等科学探测与研究,由于在月球背面探测,可以屏蔽地球辐射,可以对深空进行探测,真实的反映宇宙的一些信息,嫦娥四号将有可能获得一批原创性的科学成果。

  据了解,除了中国探测任务,嫦娥四号还将执行“全球任务”。目前已确定将搭载荷兰低射频电探测仪、德国月表中子与辐射剂量探测仪、瑞典中性原子探测仪和沙特月球小型光学成像探测仪4台国际合作科学载荷。

[责任编辑:蒋璐]
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