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科普:“鹊桥”中继星靠什么帮“嫦娥”赴广寒?

 

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科普:“鹊桥”中继星靠什么帮“嫦娥”赴广寒?




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  新华社北京6月18日电 题:科普:“鹊桥”中继星靠什么帮“嫦娥”赴广寒?

  新华社记者白国龙

  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。”航天科技集团五院院长张洪太说。

  “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。”技术人员对“鹊桥”轨道控制的精度充满自信――装备大量原始创新、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。

  多安全备份遥测遥控指令设计是航天科技集团五院西安分院技术人员针对“鹊桥”特有工作环境的创新之举,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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