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科普:“鹊桥”中继星靠什么帮“嫦娥”赴广寒?
2018-06-20 08:49:45 来源: 新华网
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  经过20多天的精确飞行,承担嫦娥四号中继通信任务的“鹊桥”中继星不畏宇宙射线、太空碎片的袭扰,跨越40多万公里于6月14日成功抵达绕地月L2点的Halo轨道,正式进入预定位置。随后“鹊桥”开始积极“备战”,为2018年底前到月球背面执行探测任务的嫦娥四号月球探测器打好前站、扫清障碍,搭建一条连接地球和月球的信息“生命线”。

  “这是人类历史上航天器首次造访地月L2点Halo轨道,‘鹊桥’的成功就位,不仅为嫦娥四号任务的顺利开展奠定了坚实基础,更标志着中国航天人的轨道控制、通信等空间技术迈入国际领先行列?!焙教炜萍技盼逶涸撼ふ藕樘?。

  “要探‘月背’、中继先行”,搭建中继链路是实现月球背面探测的第一步,也是一个难关。20世纪50年代国际航天界提出了中继星Halo轨道的概念,如今,中国航天人将设想变为现实。

  Halo轨道又叫“晕轨道”,取日晕和月晕之意,轨道形状是非共面的三维非规则曲线,而“晕轨道”控制的难度和复杂程度“确实挺让人头晕”。

  航天科技集团五院502所技术人员形象地说,“鹊桥”在这个轨道上运行就像调皮的孩子,只要一段时间不关注就会“离家出走”,甚至不知所踪。为了完成嫦娥四号探测器与地面测控站之间的数据中继,需要中继卫星时刻保持高稳定、高精度的姿态和角度,否则就会影响信息的传输,甚至影响嫦娥四号任务的完成。

  为了应对复杂轨道下对航天器进行频繁姿态调整的挑战,保证在寿命期内从容面对突发事件、减少地面人员的操作负荷,专家们把提升航天器自主控制的智能化水平、精准化程度放在首位,在轨道控制策略上设计了速度增量关机和时间关机两种模式,对轨控关机前的发动机脉宽进行了精确设计。此外,他们专门为“鹊桥”量身定制了具有高智能化水平、全天候、全天时、全空域运行能力的光纤陀螺惯性测量单元,彻底摆脱了之前姿态敏感器需要借助地球、太阳等天体来定位的束缚。

  “这就像在高速奔跑中还要稳稳地做微雕?!奔际跞嗽倍浴叭登拧惫斓揽刂频木瘸渎孕拧氨复罅吭即葱?、系统集成创新的新技术,“鹊桥”具备在1000m/s高速在轨飞行中,速度控制精度误差不大于0.02m/s的本领。

  建一条穿越40多万公里的“星际空间”、连接地球和月球的通信链路,考验的不只是设计上科学合理、更要求工作状态稳定可靠。为此,“鹊桥”进入预定位置后便开展中继通信功能的测试,进一步磨合自身所携带的新式装备,力保在长达3年的寿命期间时刻保持最佳状态。

  多安全备份遥测??刂噶钌杓剖呛教炜萍技盼逶何靼卜衷杭际跞嗽闭攵浴叭登拧碧赜泄ぷ骰肪车拇葱轮?,这就像通过多重备份给“鹊桥”配了多部“手机”。地面工作人员可以同时给这几部“手机”打电话,发出相同的遥测指令,规避因为距离远或其他未知因素造成的信号中断、信息传送不准确等问题。此外,“鹊桥”装备的S频段数字化深空应答机是我国首台数字化深空应答机,不仅具有对错误数据自我修正的功能,而且具有强大的灵敏度和信号捕获能力,为航天器稳定运行再上一道“安全锁”。

  专家表示,“鹊桥”装备的4.2米口径的高增益伞状抛物面天线,是人类深空探测任务史上最大口径的通信天线,可以实现对地、对月、对日和对惯性空间任意目标指向与跟踪的三轴稳定控制,将为嫦娥四号着陆器、巡视器与地面站之间的测控与数据传输提供有力支撑。

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【纠错】 责任编辑: 李浩
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