“嫦娥”未動(dòng) “鵲橋”先行——看中國(guó)如何為月球背面建探月通信“服務(wù)區(qū)”
5月21日清晨，在嫦娥三號(hào)“奔月”4年多之后，中國(guó)又做出一個(gè)探索月球的大動(dòng)作——在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心將探月工程嫦娥四號(hào)任務(wù)鵲橋號(hào)中繼星發(fā)射升空。
這是世界首顆運(yùn)行于地月拉格朗日L2點(diǎn)（簡(jiǎn)稱：地月L2點(diǎn)）的通信衛(wèi)星，它的成功與否對(duì)2018年年底中國(guó)探月工程嫦娥四號(hào)任務(wù)——世界首次月球背面軟著陸和巡視勘察任務(wù)至關(guān)重要。
為月球背面建地月通信“服務(wù)區(qū)”
在與長(zhǎng)征四號(hào)丙運(yùn)載火箭完成星箭分離后，“鵲橋”進(jìn)入預(yù)定地月轉(zhuǎn)移軌道，相繼展開(kāi)衛(wèi)星太陽(yáng)翼和中繼通信天線，飛向月球。
中國(guó)航天科技集團(tuán)五院“鵲橋”號(hào)中繼星項(xiàng)目經(jīng)理張立華接受新華社記者采訪時(shí)表示，后續(xù)，“鵲橋”還需進(jìn)行12次軌道控制任務(wù)，經(jīng)過(guò)中途修正、近月制動(dòng)和月球借力，進(jìn)入月球至地月L2點(diǎn)的轉(zhuǎn)移軌道，通過(guò)3次捕獲控制和修正后，最終進(jìn)入環(huán)繞地月L2點(diǎn)的使命軌道。地月L2點(diǎn)是衛(wèi)星相對(duì)于地球和月球基本保持靜止的一個(gè)空間點(diǎn)。位于地月連線的延長(zhǎng)線上，到月球的平均距離約為6.5萬(wàn)公里，距地球40多萬(wàn)公里。
中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師、中國(guó)工程院院士吳偉仁說(shuō)，由于月球繞地球公轉(zhuǎn)的周期與月球自轉(zhuǎn)的周期相同，所以月球總有一面背對(duì)著地球，這一面稱之為月球背面。著陸在月球背面的探測(cè)器會(huì)受到月球自身遮擋，無(wú)法直接與地球進(jìn)行測(cè)控通信和數(shù)據(jù)傳輸，因此必須先發(fā)射“鵲橋”，讓它去充當(dāng)架設(shè)在嫦娥四號(hào)與地球間的“通信中繼站”，專門解決著陸月球背面的探測(cè)器對(duì)地通信“不在服務(wù)區(qū)”的問(wèn)題。
“鵲橋”的名字來(lái)源于中國(guó)民間牛郎織女的傳說(shuō)，而這顆中繼星是中國(guó)航天人用自己的辛勤、智慧和汗水設(shè)計(jì)建造的地月信息聯(lián)通的“天橋”。
完成使命還需“過(guò)關(guān)斬將”
“鵲橋”雖然只有400多公斤重，但它是中國(guó)第一次應(yīng)用于深空探測(cè)重大任務(wù)的小衛(wèi)星。專家們坦言，這次任務(wù)周期長(zhǎng)、難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，衛(wèi)星的飛行軌道也與眾不同。
吳偉仁說(shuō)，1772年，法國(guó)數(shù)學(xué)家拉格朗日推算出，一個(gè)小物體在兩大物體的引力作用下，小物體相對(duì)于它們基本保持靜止的空間點(diǎn)有五個(gè)，即拉格朗日點(diǎn)又稱為平動(dòng)點(diǎn)，分別為L(zhǎng)1、L2、L3、L4、L5。其中，L1、L2點(diǎn)在兩個(gè)天體的連線上。
“鵲橋”正是要圍繞地月L2點(diǎn)的使命軌道飛行。中國(guó)航天科技集團(tuán)五院嫦娥四號(hào)探測(cè)器系統(tǒng)項(xiàng)目執(zhí)行總監(jiān)、副總設(shè)計(jì)師張熇告訴記者，在去往地月L2點(diǎn)使命軌道的途中，“鵲橋”需要多次進(jìn)行中途修正，要完成全部使命還需“過(guò)五關(guān)斬六將”。
最關(guān)鍵的一次是近月制動(dòng)的變軌，張立華將它形象地稱為在距月面100公里高度時(shí)給衛(wèi)星“踩一腳剎車”。這次變軌的窗口時(shí)間很短，且只有一次機(jī)會(huì)。如果沒(méi)按計(jì)劃完成好“剎車”動(dòng)作，“鵲橋”很可能從此飛離預(yù)定軌道，因?yàn)檫@顆小衛(wèi)星攜帶的推進(jìn)劑不足以讓它重新進(jìn)入預(yù)定軌道。
此外，“鵲橋”采用的傘狀大通信天線由于是首次使用，其性能表現(xiàn)需要經(jīng)受在軌實(shí)際檢驗(yàn)，而遠(yuǎn)距離通信也是一大難點(diǎn)。張立華說(shuō)，地球上的通信衛(wèi)星通常是在距地面3萬(wàn)多公里的地球同步軌道運(yùn)行，“鵲橋”距離月面距離遠(yuǎn)了1倍多，有7萬(wàn)多公里，這些對(duì)這顆中繼星實(shí)現(xiàn)與嫦娥四號(hào)著陸器和巡視器穩(wěn)定可靠的通信提出挑戰(zhàn)。
拉開(kāi)探月國(guó)際合作新序幕
“‘鵲橋’是顆小衛(wèi)星，研制時(shí)間只有兩年半，但作為嫦娥四號(hào)任務(wù)的重要組成部分，它的技術(shù)狀態(tài)比較新，設(shè)計(jì)壽命達(dá)3年，而且質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，整個(gè)衛(wèi)星的地面加電測(cè)試時(shí)間超過(guò)1300個(gè)小時(shí)?！睆埩⑷A說(shuō)。
“鵲橋”攜帶一大一小兩個(gè)相機(jī)，小的專門觀察衛(wèi)星天線的展開(kāi)情況，大的可以給月球和地球拍合影。
張立華表示，在確保完成通信中繼保障使命的同時(shí)，“鵲橋”也拉開(kāi)了探月國(guó)際合作的新序幕。“鵲橋”攜帶了由荷蘭研制的低頻射電探測(cè)儀，未來(lái)將開(kāi)展在軌科學(xué)探測(cè)試驗(yàn)。
這個(gè)低頻射電探測(cè)儀可以聆聽(tīng)低頻的宇宙之聲，這些宇宙之聲攜帶著宇宙大爆炸后幾億年時(shí)間里的蛛絲馬跡，那時(shí)正是氫氣云孕育第一代恒星的宇宙黑暗時(shí)代。專家稱，這一科學(xué)探測(cè)將等嫦娥四號(hào)探測(cè)器完成主要任務(wù)之后再繼續(xù)展開(kāi)研究。
此外，與“鵲橋”一同發(fā)射升空的還有由哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的“龍江一號(hào)”“龍江二號(hào)”兩顆月球軌道編隊(duì)超長(zhǎng)波天文觀測(cè)微衛(wèi)星，星上搭載了由沙特研制的月球小型光學(xué)成像探測(cè)儀。兩顆微衛(wèi)星未來(lái)將開(kāi)展月球軌道編隊(duì)飛行、空間超長(zhǎng)波天文干涉測(cè)量等技術(shù)試驗(yàn)。
中國(guó)航天科技集團(tuán)五院嫦娥四號(hào)探測(cè)器總設(shè)計(jì)師孫澤洲說(shuō)，10多年前，中國(guó)人是獨(dú)立自主、自力更生地發(fā)射嫦娥一號(hào)的，如今我們的探月任務(wù)也為更多國(guó)家創(chuàng)造了科學(xué)探索的平臺(tái)。今年，嫦娥四號(hào)也將搭載來(lái)自德國(guó)和瑞典的科研載荷登陸月球背面。中國(guó)在月球探測(cè)的國(guó)際合作中，變得更加自信、主動(dòng)，合作水平又上了新臺(tái)階。
（新華社西昌5月21日電）
