中国发射世界首颗连通地月中继卫星 架通信"鹊桥"
月球背面将有“信号”
中国发射世界首颗连通地月中继卫星,架地月通信“鹊桥”,助嫦娥四号奔月
文/新华社
5月21日清晨,在嫦娥三号“奔月”4年多之后,中国又做出一个探索月球的大动作——在西昌卫星发射中心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,它的成功与否对2018年年底中国探月工程嫦娥四号任务——世界首次月球背面软着陆和巡视勘察任务至关重要。
中国航天科技集团五院嫦娥四号探测器总设计师孙泽洲说,十多年前,中国人是独立自主、自力更生地发射嫦娥一号的,如今我们的探月任务也为更多国家创造了科学探索的平台。今年,嫦娥四号也将搭载来自德国和瑞典的科研载荷登陆月球背面。中国在月球探测的国际合作中,变得更加自信、主动,合作水平又上了新台阶。
“鹊桥”有何用?
保证地月通信畅通
中国探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁说,由于月球绕地球公转的周期与月球自转的周期相同,所以月球总有一面背对着地球,这一面称之为月球背面。着陆在月球背面的探测器会受到月球自身遮挡,无法直接与地球进行测控通信和数据传输,因此必须先发射“鹊桥”,让它去充当架设在嫦娥四号与地球间的“通信中继站”,专门解决着陆月球背面的探测器对地通信“不在服务区”的问题。
“鹊桥”的名字来源于中国民间牛郎织女的传说,而这颗中继星是中国航天人用自己的辛勤、智慧和汗水设计建造的地月信息联通的“天桥”。
“桥”另一边在哪?
地月连线延长线L2点
在与长征四号丙运载火箭完成星箭分离后,“鹊桥”进入预定地月转移轨道,相继展开卫星太阳翼和中继通信天线,飞向月球。
吴伟仁说,1772年,法国数学家拉格朗日推算出,一个小物体在两大物体的引力作用下,小物体相对于它们基本保持静止的空间点有五个,即拉格朗日点又称为平动点,分别为L1、L2、L3、L4、L5。其中,L1、L2点在两个天体的连线上。
“鹊桥”正是要围绕地月L2点的使命轨道飞行。
中国航天科技集团五院“鹊桥”号中继星项目经理张立华接受记者采访时表示,后续,“鹊桥”还需进行12次轨道控制任务,经过中途修正、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。位于地月连线的延长线上,到月球的平均距离约为6.5万公里,距地球40多万公里。
要克服哪些困难?
离月球100公里时“刹车”
“鹊桥”虽然只有400多公斤重,但它是中国第一次应用于深空探测重大任务的小卫星。专家们坦言,这次任务周期长、难度大、风险高,卫星的飞行轨道也与众不同。
中国航天科技集团五院嫦娥四号探测器系统项目执行总监、副总设计师张熇告诉记者,在去往地月L2点使命轨道的途中,“鹊桥”需要多次进行中途修正,要完成全部使命还需“过五关斩六将”。
最关键的一次是近月制动的变轨,张立华将它形象地称为在距月面100公里高度时给卫星“踩一脚刹车”。这次变轨的窗口时间很短,且只有一次机会。如果没按计划完成好“刹车”动作,“鹊桥”很可能从此飞离预定轨道,因为这颗小卫星携带的推进剂不足以让它重新进入预定轨道。
此外,“鹊桥”采用的伞状大通信天线由于是首次使用,其性能表现需要经受在轨实际检验,而远距离通信也是一大难点。张立华说,地球上的通信卫星通常是在距地面3万多公里的地球同步轨道运行,“鹊桥”距离月面距离远了1倍多,有7万多公里,这些对这颗中继星实现与嫦娥四号着陆器和巡视器稳定可靠的通信提出挑战。
带了啥厉害装备?
聆听几亿年的宇宙之声
“‘鹊桥’是颗小卫星,研制时间只有两年半,但作为嫦娥四号任务的重要组成部分,它的技术状态比较新,设计寿命达3年,而且质量要求非常严格,整个卫星的地面加电测试时间超过1300个小时。”张立华说。
“鹊桥”携带一大一小两部相机,小的专门观察卫星天线的展开情况,大的可以给月球和地球拍合影。
张立华表示,在确保完成通信中继保障使命的同时,“鹊桥”也拉开了探月国际合作的新序幕。“鹊桥”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。
这个低频射电探测仪可以聆听低频的宇宙之声,这些宇宙之声携带着宇宙大爆炸后几亿年时间里的蛛丝马迹,那时正是氢气云孕育第一代恒星的宇宙黑暗时代。专家称,这一科学探测将等嫦娥四号探测器完成主要任务之后再继续展开研究。
此外,与“鹊桥”一同发射升空的还有由哈尔滨工业大学研制的“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,星上搭载了由沙特研制的月球小型光学成像探测仪。两颗微卫星未来将开展月球轨道编队飞行、空间超长波天文干涉测量等技术试验。
分析
俄专家:中国探月工程更注重实用
对中国的探月成就,俄罗斯专家表示,虽然中国目前所处阶段尚未超越上世纪先行探月的航天大国,但运用的新科技、新方案为探月成功奠定了基础。
“中国探月成就在国际航天界早已广受好评,中国在探月方面的各种创新源源不断,其中一些研发成果具有先锋开创意义。”俄罗斯齐奥尔科夫斯基航天研究院院士热列兹尼亚科夫日前在接受记者专访时表达了这样的看法。
他还表示,与上世纪相比,各国当前的探月活动更加理智,更注重应用。
“中俄美当前的探月活动都注重探究月球新知。但与后二者相比,中国探月工程从一开始就相对更注重将探月科技研发成果用于医学、生物学、材料科学等实用领域。俄美虽也有类似的转化研发计划,但其落实进度相对滞后。中国探月的另一个特点是不‘争强斗胜’,也就是不急于抢先派探测器或宇航员登月,只要能尽早开发月球即可。”热列兹尼亚科夫说。
观察
全球掀起新一轮探月潮
“广寒宫”“热”起来
中国探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”号中继星21日发射升空,印度“月船2号”年底瞄准月球南极,美国和俄罗斯重启探月计划……近两年,航天大国竞相宣布探月新计划,“广寒宫”不再清冷寂寞,再次成为人类航天探索的“热目标”。
从中国、印度等航天探索“新星”,到传统航天强国美国和俄罗斯,多个国家及地区近年来纷纷将月球作为重要的深空探测目标之一。
探月还获得越来越多企业的青睐。例如,美国太空探索技术公司打算开启商业太空旅行项目,送游客绕月飞行;沃达丰、诺基亚和奥迪等公司计划合作发射月球探测器并在月球上搭建首个4G网络。
沉寂数十年后,各国缘何“扎堆”探月?美国乔治·华盛顿大学空间政策研究所前主任约翰·洛格斯登和俄罗斯齐奥尔科夫斯基航天研究院院士热列兹尼亚科夫表示,人类对近地轨道的探索已有几十年时间,随着探月科技和相关构想日益成熟,世界各国纷纷制定新的探月计划。
俄罗斯科学院通讯院士、前宇航员尤里·巴图林说,需要明确的是,载人登月不是目的,开发月球才是未来方向,人类在开发月球方面所面临的任务艰巨性远远超过美国“阿波罗”计划。
不少中外航天专家指出,目前国际合作已成为太空探索主流,如能集中全球智慧,可快速实现太空探索目标,化解技术风险,分摊经费,让各方受益。
据中国国家航天局介绍,中国自发出嫦娥四号国际合作倡议以来,收到了很多国家提交的合作方案。嫦娥四号上将搭载荷兰、德国、瑞典和沙特阿拉伯的科学载荷。中国在后续的月球探测规划任务中都将支持广泛的国际合作。