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落月前绕月飞行了20多天 嫦娥四号在忙啥?

发布时间:2019-01-04 13:03:13
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  嫦娥四号着陆器监视相机C拍摄的玉兔二号巡视器走上月面影像图。 1 月 3 日晚间,嫦娥四号着陆器与巡视器成功分离,玉兔二号巡视器(即月球车)顺利驶抵月背表面。着陆器上监视相机拍摄了玉兔二号在月背留下第一道痕迹的影像图,并由“鹊桥”中继星传回地面。 新华社图

  1 月 3 日,嫦娥四号成功踏足月球背面,让中国航天又一次创造了人类首次。

  不过,它从 2018 年 12 月 12 日进入环月轨道至今,绕着月球飞了 20 多天才降落。许多网友表示不解:既然“起大早”,为啥要“赶晚集”?

  不仅仅是为等天亮

  有专家解释,嫦娥四号要等着陆区天亮。月球整体光照情况显示,嫦娥四号进入月球轨道时,它的预定着陆区南极艾肯盆地一带正在进入夜晚。黑灯瞎火降落,万一摔跟头怎么办?由于一个月夜相当于地球上的 14 天,所以它多飞一阵,等到落区太阳高照时降落,当然更加稳妥。

  但北京航天飞行控制中心轨道专家组组长刘勇告诉科技日报记者,其原因不仅于此,还跟嫦娥四号的入轨倾角与落区位置有关。

  刘勇说,嫦娥四号进入环月轨道时,其轨道面与地月连线基本垂直,而它的首选着陆点——位于艾特肯盆地中部的冯·卡门撞击坑,经度在 180 度左右。这意味着当时嫦娥四号的轨道并不经过落点,其间有大约 270 度的偏差。这需要通过月球自转,花费 20 多天逐渐弥补。

  有网友发问:既然要等,干嘛不推迟半个月发射?这就涉及到发射窗口问题。

  记者了解到,嫦娥四号的发射时间可不是随便选择的,要考虑很多约束条件,使它与日、地(包括地面点和近地轨道)、月(包括着月点)的相对关系满足任务需求。例如,奔月轨道需要调整近月点经度和飞行时间,让环月轨道临近着月点上空,为登月创造条件;奔月飞行过程中,要考虑太阳能帆板的受晒问题,要求太阳光入射方向与太阳帆板之间的夹角保持在一定范围内。此外在飞行和着陆过程中,还要考虑连续测控问题。这些约束条件有的决定发射月份,有的决定要在哪天、几点发射。嫦娥四号要在月背着陆,各种约束关系特别复杂,其形成发射机会的交集只在 12 月 8 日和 9 日各有 2 次,加起来也只有几分钟。正所谓“过了这村就没这店”。

  中继通信不像打电话那么简单

  除了上述原因,嫦娥四号这段时间也不是“闲逛”。刘勇说,出于工程上的考虑,嫦娥四号绕月期间一些设备需要开机进行测试,有足够的时间,才能让测试更完整,准备更充分。科工局消息透露,嫦娥四号进入环月轨道以来,进行了 2 次环月轨道修正,与“鹊桥”中继星进行了 4 次中继链路测试,开展了激光测距、三维成像、微波测距测速等导航敏感器在轨测试,为实施月球背面软着陆做好准备。

  其中,中继通信链路的建立是确保任务成功的关键之一。

  记者从中国航天科技集团五院了解到,鹊桥中继星于 2018 年 12 月 14 日成功与嫦娥四号着陆器、巡视器组合体建立了前向/返向通信链路连接。前向链路指地面站将遥控指令发给鹊桥并转发给嫦娥四号;返向链路指嫦娥四号将数据通过鹊桥转发到地面。

  这可不像我们平时打电话那么简单。五院嫦娥四号中继星总体主任设计师孙骥介绍,当时嫦娥四号运行在环月轨道,鹊桥运行在距地球约 45 万公里的地月拉格朗日 2 点 Halo 轨道上。为了确保它们之间通信链路的正常建立,鹊桥上配置的 4.2 米伞状抛物面天线必须时刻精确指向嫦娥四号的航迹。在保证姿态指向的前提下,通过开启两个飞行器上的各类通信设备,建立X频段的通信链路。

  嫦娥四号和鹊桥分别在各自的轨道上高速运行,因此通信链路的维持是个动态过程。孙骥说,要保证通信链路平稳可靠,要求鹊桥像诸葛亮一样,对嫦娥四号下一步的位置神机妙算,并保证自己的姿态准确地指向那里。鹊桥的伞状抛物面天线波束角极小,一个细微的姿态扰动,就会让通信链路出现“卡顿”。这对鹊桥要求十分苛刻,既要“算得准”,更要“指得准”。

  (原标题嫦娥四号落月前 20 多天忙啥?)

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