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地球月球间的鹊桥 嫦娥四号中继卫星发射

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发表于 2018-5-22 05:29:14 | 显示全部楼层 |阅读模式

 嫦娥四号中继星“鹊桥”搭乘长征四号丙运载火箭升空瞬间(赵聪 摄) 图片来源:中国航天科技集团


  5月21日5点28分,在我国西昌卫星发射中心,由中国航天科技集团有限公司抓总研制的嫦娥四号中继星“鹊桥”搭乘长征四号丙运载火箭升空。卫星由火箭送入近地点约200公里、远地点约40万公里的地月转移轨道。


  五二零,我爱你。


  在5月20日的夜晚(实际发射时间为5月21日凌晨),中国在西昌卫星发射中心发射鹊桥号卫星。这颗卫星,是为将在月球背面工作的嫦娥4号和地球之间提供通信链接的中继卫星。而这颗名为鹊桥号的中继卫星,在五二零的夜晚发射,真是有缘。


  


  鹊桥相会


  为什么需要搭建鹊桥呢?


  抬头看月亮,我们看到的月亮亘古未变。那影影绰绰的“桂花树”、“广寒宫“、“玉兔”,其实都是在月球的正面。而月球背面,一直对人类保持着神秘。原因就在于月球被地球的引力锁定了。这里打个比方,就像爸爸的双手拉着孩子的双手,爸爸在原地打转,孩子环绕着爸爸打转,从爸爸的角度(也就是地球人的角度),他看不到孩子的背上,或许已经在被蚊子叮咬了。


  


  月球被地球的引力锁定了


  既然地球上无法直接看到月球背面,也就无法和月球背面直接通信。2018年年底,嫦娥四号探测器将在月球背面着陆,这时候,我们就需要一位“话务员”,把嫦娥四号探测到的信息,通过“话务员”传递到地球上。鹊桥号的主要使命,就是在月球背面和地球之间“传话”,也就是提供中继通信。


  说到嫦娥4号,这可是全世界第一个要在月球背面着陆的探测器,是全人类有史以来第一次。想到这个,我就情不自禁地哆嗦。嫦娥4号将要着陆的地方,位于月球南极的艾特肯盆地,那里是整个太阳系中最大最深的盆地,很可能是月球刚刚形成不久之后被小天体撞击形成的。嫦娥4号将在那里开展着陆和巡视探测,揭开艾特肯盆地和月球背面的秘密。


  嫦娥4号虽然是嫦娥3号的备份,但它们的使命不同,同样可以大放异彩。


  鹊桥号既要能够完全独立自主运行,也要做到“月亮走,我也走”。鹊桥号既要跟着月亮一起绕着地球转,同时还要跟着地球一起绕着太阳转,这样才不至于被地球和月球甩掉,远远地落在后面,没法完成“话务员”的任务。科学家经过缜密计算,终于确定了这个地点,它就位于地球和月球连线的延长线上,距离月球大约有6到8万公里。这个点叫做地月拉格朗日2点——也就是地球和月球的引力平衡点。放在这个位置的航天器,被地球和月球的引力牢牢束缚,不由自主地跟着地球和月球一起走。从而可以节省用于轨道维持的燃料,延长卫星的运行寿命。


  鹊桥号并不是老老实实地待在拉格朗日2点,而是环绕这个点打转,转一圈的周期大约为14天。从鹊桥号那里看去,既能看到地球,也能看到月球的背面,从而可以为嫦娥4号提供全时段的中继通信服务。而且,那里很少被地球或月球遮挡,能接收到太阳光照,卫星的能源供应得以保障。


  


  鹊桥号将运行在右上角的椭圆轨道上


  鹊桥号就像一位话务员,一方面,嫦娥4号的着陆器会给它发射信号,而它要把这些信号分别传递给月球车和着陆器。月球车和着陆器也会发射信号和探测数据给它,它要把这些信号和探测数据,传递给地球上的地面站。鹊桥号既要能看到月球的背面,也要能看到地球。因此,鹊桥号这位话务员工作量不小。什么叫忙得团团转,说的就是它了。


  鹊桥号中继星的重量不大,约为425千克,但工作寿命较长,要求能够连续工作五年以上。跟嫦娥一号和嫦娥二号卫星明显不同的地方,就是这颗卫星上有一个大口径的抛物面天线,就像一把大伞,接收来自月球背面的信号和地球上的信号。这把大伞在发射之前是收拢的,进入太空之后才会打开。所以,鹊桥号发射成功的标志之一,是这把大伞能否顺利打开,以及能否顺利进入环绕拉格朗日2点的轨道。


  


  鹊桥号


  鹊桥号中继星发射之后,并没有像嫦娥一号卫星那样先绕地球飞行,然后一步三回首地进入奔月轨道,而是一经发射就直奔月亮而去,进入近地点轨道高度为200公里,远地点轨道高度约为40万公里的奔月轨道。途中进行轨道调整,最终经过十天左右的时间,进入任务轨道,在那里原地待命,等待嫦娥四号的发射。


  


  鹊桥号的飞行轨道


  中继星除了提供“话务员”的传话功能之外,还搭载了重约1.6 公斤、孔径17厘米的中空角锥反射镜,配合地面上0.5 米口径的激光发射望远镜、以及1 米口径的激光接收望远镜,在月球和中继星之间进行激光测距实验。


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