“嫦娥”探月前为何要先建“鹊桥”?

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“嫦娥”探月前为何要先建“鹊桥”?
2024-03-20 10:10:00
海南文昌,习习海风之下,火箭发射塔架星光璀璨。据国家航天局消息,3月17日,探月工程四期鹊桥二号中继星和长征八号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场完成技术区相关工作,星箭组合体垂直转运至发射区,计划于近日择机实施发射。
  3月15日,将执行探月工程四期嫦娥六号任务的长征五号遥八运载火箭安全运抵中国文昌航天发射场。
  由于地球和月背不能直接通信,鹊桥二号将承担起月面探测器和地球之间桥梁的作用,为随后远征月球的嫦娥六号提供中继支持。
  鹊桥二号将承担月面探测器和地球之间桥梁作用
  根据探月工程总体安排,此次发射的鹊桥二号中继星将接替鹊桥一号,为已在月球背面工作四年的嫦娥四号和玉兔二号月球车服务,并为后续的嫦娥六号、七号、八号提供中继通信服务。
  早期的探月计划目的地都在月球正面(对着地球的一面)。当飞行器飞到或落到月球背面,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。
  据悉,嫦娥六号将着陆在月球背面的南半球区域,如此将无法和地面测控站进行直接通信,这就需要鹊桥二号中继星提供一个中继通信支持。
  中继星鹊桥二号和“前辈”鹊桥一号有什么不同?
  国家航天局探月与航天工程中心嫦娥六号任务副总师王琼曾表示,首先,鹊桥二号大得多。即将发射的鹊桥二号约为1200公斤,而鹊桥一号只有425公斤左右。同时,鹊桥二号寿命更长。鹊桥一号设计寿命为5年,鹊桥二号设计寿命为8年。此外,鹊桥二号离月球更近。鹊桥二号采用远近轨道结合的绕月运行模式,它距离月球最近的时候只有约300公里。
  而鹊桥二号不光要执行通信中继任务,还要执行科学探测任务。同时,它带上了极紫外相机、阵列中性原子成像仪、地月VLBI试验系统。这3台设备将使我们对月球的了解更加深入,也为后续载人登月任务打下坚实基础。
  任务艰巨,鹊桥二号如何完成其使命?
  据了解,鹊桥系列中继卫星最显著的特征,就是其极具特色的“金色巨伞”,它也被称作星载大型可展开天线,通过这把“金色大伞”中继卫星即可实现地球与月球背面的通信。
  然而旁人无法想象的是,这把巨伞竟然是由金属编织而成。东华大学教授、教育部产业用纺织品工程研究中心主任陈南梁曾介绍,火箭发射升空时,卫星缩在火箭箭体中。待卫星抵达轨道后,再把卫星反射面慢慢展开成大型的网状天线。
  正因为需要卫星在太空中能够实现展开,所以最终科研团队通过纺织的编织技术来形成如此布面,以保障“伞面”的柔性。
  据了解,星载可展开天线上的金属网原料选用的是金属钼丝。为了增加其性能,专家在极细的钼丝上又做了更多的镀层处理和加工。这种特殊金属工艺非常复杂,科研团队为此发明了一种并股加捻技术来处理钼丝镀金,以提高这种特殊材质结构的稳定性,最终使编织后的产品异常牢固。
  鹊桥二号之后我国还将在太空继续“架桥”
  2004年中国探月工程正式立项,到今年是第20个年头,探月工程已经进入四期,即将迎来首次发射任务。
  20年来,从给月球拍照片,到首次在月球背面登陆,再到成功带回月壤,中国已顺利完成“绕、落、回”三步走战略目标,为人类月球探索事业作出了杰出贡献。
  鹊桥二号之后,我国还将在太空继续“架桥”。
  在本次鹊桥二号发射任务中,即会对上述鹊桥通导技术进行验证。利用本次任务的发射余量,还将搭载“天都一号”“天都二号”两颗通导技术试验卫星。
  “天都一号”整星重量61千克,“天都二号”重15千克,双星将随“鹊桥二号”月球中继卫星一同进入地月转移轨道,择机分离后,将编队飞行于环月大椭圆冻结轨道,开展导航系统空间基准异源标定、通信系统高可靠传输与路由转发、通信测距一体化调制等新技术验证。
  深空探测实验室天都通导技术试验星总指挥陈晓介绍,这两颗小微型试验卫星将为后续我国鹊桥通导遥综合星座系统的建立,提供有力的参考和依据。
  所谓“通导遥”,即“通信、导航和遥感”三大功能。和地球卫星对比,月球的通导遥系统如何工作?对此,陈晓解释,月球通导遥系统类似于月球版的“北斗导航系统”,通过发射运行于月球附近的人造卫星星座,为月面及环月用户提供中继通信、导航及遥感服务。
  但与北斗导航系统不同的是,在月球附近,由于受地球引力影响,卫星轨道动力学更复杂;同时由于月球卫星距离地球更远,通信链路信号更弱;此外,这个系统的服务对象也不同于地球用户,因此对星座设计、运行控制等都提出了更高的需求。
  在更远的未来,“鹊桥”架起的不仅仅是地月之间的通信,更是远及火星、金星乃至太阳系其他区域的通导遥综合星座系统。
  中国深空探测重大专项总设计师吴艳华此前介绍,中国将建设鹊桥通导遥综合星座系统,拟分三步走:具体而言,2030年前后建成先导型星座,支撑探月工程四期和国际月球科研站等任务;2040年前后建成基本型,实现区域导航,服务载人月球探测、国际月球探测以及火星、金星探测等;2050年前后建成拓展型,实现火星、金星通信导航覆盖,服务火星、金星、巨行星探测和太阳系边际探测等。
  南方日报记者徐勉
  王诗堃赵威发自海南文昌
  统筹:张志超
(文章来源:南方日报)
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