美国有苦难言,中方鹊桥二号中继星择机发射,将支持月背采样返回

光电科技君 2024-03-18 10:05:57

美国NASA好不容易将探测器发射到月球上,却摔倒在月面,至今等到时机唤醒。由于没有可靠的中继通信卫星支持,美国重返月球举步维艰。曾经NASA准备租借中国航天的“鹊桥中继卫星系统”,中方并未回应。如今,中方鹊桥二号中继星将择机发射,这令美方羡慕不已。

嫦娥四号实现人类首次登月月球背面,顺利与地面进行通信,靠的就是“鹊桥”。它是中国首颗、也是世界首颗地球轨道外专用中继通信卫星。有了它的支持,嫦娥四号着陆器与玉兔二号巡视器才顺利着陆,并完成互拍,数据得以交换,各项科研目标才得以实现。

而其他国家之所以难以选择在月背着陆,则是因为缺少中继卫星支持,即便是选择了月球南极附近区域,也十分需要这样的支持。因为“鹊桥”中继星的轨道位于距月球约6.5万公里的地月拉格朗日L2点的Halo“晕轨道”,想要发射航天器上去很不容易,我国是首个发射成功的国家。

因为这个Halo轨道其实是地月L2平动点,轨道形状是非共面的三维非规则曲线,“鹊桥”中继星也并不是静止在轨道上,而是在L2点做拟周期运动,通过定期轨控保持轨道的稳定性。由于地月之间距离是变化的L2的点位也是变化的。

“人类历史上航天器首次造访地月L2点,做Halo轨道飞行,这并不容易。”有专家打过一个比方:“鹊桥”中继星在Halo轨道上运行,就像一个调皮的孩子,只要一段时间不关注他,就可能会“离家出走”,甚至不知所踪。这就需要中继星时刻保持高稳定、高精度的姿态和角度。

所以,鹊桥卫星本身的天线设计,以及各种性能运行稳定性都是非常尖端的航天科技。“嫦娥”未动,“鹊桥”先行。为了支持中国探月四期工程中嫦娥六号、七号、八号任务顺利进行。2024年初我国准备发射“鹊桥二号”月球中继卫星,这将在之前“鹊桥”卫星的基础上,整体提升月背采样返回和建造月球科研站基本型通讯能力。

“鹊桥二号”此次发射任务有三个:

第一,接力“鹊桥”为仍在月背超期服役的“嫦娥四号”和“玉兔二号”提供中继通信服务;

第二,为“嫦娥六号”月背采样返回提供通信支持,确保地月通讯持续稳定;

第三,为以后建立卫星星座,以及其他科学试验奠定基础;

“鹊桥二号”一共由两枚卫星组成,分别为“天都一号”、“天都二号”,名字来源于黄山的天都峰,这要是因为其研制单位是位于合肥的深空探测实验室,寓意中国深空探测事业扎根江淮大地,不断向更高更远的深空迈进。

两枚卫星将在月球轨道编队飞行,实施月球轨道通信导航新技术验证,为以后进一步建造鹊桥通导遥星座系统实施前导论证试验。

“鹊桥二号”升级较多,整体能力和技术水平有了很大的提升,设计寿命8年,是世界首颗大型地外专用中继卫星。“鹊桥二号”卫星的突出特点在于其有一个直径达4.2米的X波段抛物面天线。

有别于我们熟知的“鹊桥”卫星, “鹊桥二号” 以绕月大椭圆轨道作为目标轨道,具有较大的倾角;且其远月点定位于月球南极旁,这使得在通过月球南极区域进行中继通信时能够享有更漫长的时间。在此类轨道上运行的“鹊桥二号”,其推进剂消耗量极低,从而延长了使用期限。

值得一提的事,我国在2014年探月工程三期再入返回飞行器完成返回任务后,留轨的服务舱前往地月L2点进行探测,成为第二个到此探访的航天器,此前有美国的登月任务探测器短期造访。但是等到我们2018年真实发射“鹊桥”卫星时,美方则一直没有动静。

如今NASA已经高调宣布“要先与中方返回月球”,但是维持全月面通信和导航的系统还没有立项,不得不感慨:一起吹的牛,只有中方一步一个脚印在实行。

让我们一起为中国探月工程四期点赞!

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