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“鹊桥”顺利入轨,将助“嫦娥”探月!它身上有啥“黑科技”?

原标题:“鹊桥”顺利入轨,将助“嫦娥”探月!它身上有啥“黑科技”?

6月14日11时06分,“鹊桥”中继星成功实施轨道捕获控制,进入使命轨道运行,成为世界首颗运行在地月L2点Halo使命轨道的卫星

后续“鹊桥”将陆续开展在轨测试和中继通信链路联试,为年底择机发射的嫦娥四号月球探测器提供地月中继测控通信

航天五院为“鹊桥”打造了哪些“新式武器”?

  • “高速奔跑可稳做微雕”:“鹊桥”在1000m/s高速在轨飞行中,速度控制精度误差不大于0.02m/s
  • 多安全备份遥测遥控指令设计:为“鹊桥”备好多部“手机”,有效规避了因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
  • S频段数字化深空应答机:我国首台数字化深空应答机,具有对错误数据自我修正的功能,其灵敏度、信号捕获能力等性能更为强大
  • 4.2米口径的高增益伞状抛物面天线:人类深空探测任务史上最大口径的通信天线,可实现对地、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,为着陆器、巡视器与地面站之间的测控与数据传输提供了有力支撑

详阅后附延伸阅读:《“鹊桥”身上备有哪些“新式武器”?》

“鹊桥”中继星顺利进入使命轨道运行

新华社北京6月14日电(记者白国龙)记者从国防科工局、国家航天局获悉,6月14日11时06分,探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”中继星成功实施轨道捕获控制,进入环绕距月球约6.5万公里的地月拉格朗日L2点的Halo使命轨道,成为世界首颗运行在地月L2点Halo使命轨道的卫星。后续“鹊桥”中继星将在此轨道陆续开展在轨测试和中继通信链路联试,为年底择机发射的嫦娥四号月球探测器提供地月中继测控通信。

11时0分,在北京航天飞行控制中心,科技人员发出指令,“鹊桥”中继星建立轨控姿态,星上轨控发动机点火,随后正常关机,变轨过程结束。根据北京航天飞行控制中心实时遥测数据监视判断,“鹊桥”中继星轨道捕获控制正常,进入使命轨道。

奔向月球

“鹊桥”中继星于2018年5月21日在西昌卫星发射中心发射升空,进入预定地月转移轨道;经过一次中途修正,于5月25日到达近月点并成功实施近月制动后,顺利进入月球至地月L2点的转移轨道。

地月L2点位于地月连线的延长线上,经专家反复研究,最终确定将Halo轨道作为“鹊桥”中继星使命轨道。Halo轨道中文称为“晕轨道”(“晕”字借自日晕、月晕),轨道形状不同于地球卫星的椭圆轨道,而是三维非规则曲线,轨道控制非常复杂。“鹊桥”中继星将在Halo轨道做拟周期运动,通过定期轨控保持轨道的稳定性,实现对嫦娥四号着陆器和巡视器的中继通信覆盖。

▲ 运行于Halo轨道

据专家介绍,嫦娥四号任务是世界首次月球背面软着陆和巡视勘察任务。由于受到月球自身的遮挡,着陆在月球背面的探测器无法直接实现与地球的测控通信和数据传输。“鹊桥”中继星将成为架设在嫦娥四号着陆器和巡视器与地球间的“通信站”,搭建地月信息联通的“天桥”。

据悉,嫦娥四号任务共搭载4台国际合作载荷,其中由荷兰研制的低频射电探测仪和由沙特研制的月球小型光学成像探测仪在此次“鹊桥”中继星任务中搭载;德国月表中子与辐射剂量探测仪、瑞典中性原子探测仪将搭载在嫦娥四号探测器上。

“鹊桥”身上备有哪些“新式武器”?

瞭望新媒体记者 屈辰

6月14日,经过20多天的精确飞行,承担嫦娥四号中继通信任务的尖兵——“鹊桥”不畏宇宙射线、太空碎片的袭扰,跨越四十万公里的寒寂深空,成功抵达绕地月L2点的HALO轨道,正式进入战斗位置。

随后,它将积极备战,为年底前到月球背面执行探测任务的战友——嫦娥四号月球探测器打好前站、扫清障碍,搭建出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。”缔造“鹊桥”、嫦娥四号探测器等一批大国重器的航天科技集团有限公司第五研究院(以下简称五院)院长张洪太如是说。

▲ 嫦娥四号中继星“鹊桥”效果图 中国航天科技集团微信公众号 图

“高速奔跑可稳做微雕”

——“中国智造”攻克轨控难题

“要探‘月背’、中继先行”,搭建中继链路是实现月背探测这一伟大梦想的第一步,也是要解决的重要难关之一。上世纪五十年代国际航天界提出中继星HALO轨道的概念,如今,中国航天人将设想变为了现实。

HALO轨道的中文叫做“晕轨道”,轨道形状是非共面的三维非规则曲线,本意是取日晕和月晕之意,但实际上“晕轨道”控制的难度和复杂程度确实挺让人头晕。

为此,五院派出了我国最顶尖的轨道控制团队——五院502所。其技术人员介绍说,“鹊桥”在HALO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顺利完成。

敢揽瓷器活,必有金刚钻。高精度的轨道控制背后,是航天五院建院五十年深厚的技术积累,更是创新发展中诸多“五院智造”黑科技共同作用的效果。

技术人员说,为应对复杂轨道下对航天器进行频繁姿态调整的严峻挑战,保证在长达三年的寿命期内从容面对突发事件、减少地面人员的操作负荷,五院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,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。

“在高速奔跑中还可以稳稳地做微雕”。五院技术人员对“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,嫦娥四号中继星具备了在1000m/s高速在轨飞行中,速度控制精度误差不大于0.02m/s的超强本领。“自主可控、毫厘不差”的超能力更是使地面人员实施的轨道控制周期延长到7天左右一次,这为卫星安全、长期、稳定在轨运行打下了坚实基础。

给“鹊桥”多部“手机”

——创新接力构建稳固“生命线”

建起连接地球和月球、跨越40多万公里的“星际穿越”通信链路,考验的不只是设计上科学合理,更要求工作时稳定可靠。为此,提前进入战斗位置的“鹊桥”将全面开展中继通信功能的测试,进一步磨合自身所携带的各路“新式武器”,力保在长达三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五院西安分院技术人员针对“鹊桥”特有工作环境的首创之举。通过多重备份的方式,给远在天边的“鹊桥”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,有效规避了因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,其灵敏度、信号捕获能力等性能更为强大,为航天器稳定运行再上一道“安全锁”。

值得一提的是,“鹊桥”还装备了五院西安分院研制的4.2米口径的高增益伞状抛物面天线,这是人类深空探测任务史上最大口径的通信天线,采用整星零动量控制方式,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,为着陆器、巡视器与地面站之间的测控与数据传输提供了有力支撑。LW

☞ 月球背面第一次有信号了!嫦娥四号中继星“鹊桥”号成功升空

编 辑 | 喻千桓

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