嫦娥四號著陸器監(jiān)視相機C拍攝的玉兔二號巡視器走上月面影像圖。 1月3日晚間,嫦娥四號著陸器與巡視器成功分離,玉兔二號巡視器(即月球車)順利駛抵月背表面。著陸器上監(jiān)視相機拍攝了玉兔二號在月背留下第一道痕跡的影像圖,并由“鵲橋”中繼星傳回地面。 新華社 圖
1月3日,嫦娥四號成功踏足月球背面,讓中國航天又一次創(chuàng)造了人類首次。
不過,它從2018年12月12日進入環(huán)月軌道至今,繞著月球飛了20多天才降落。許多網(wǎng)友表示不解:既然“起大早”,為啥要“趕晚集”?
不僅僅是為等天亮
有專家解釋,嫦娥四號要等著陸區(qū)天亮。月球整體光照情況顯示,嫦娥四號進入月球軌道時,它的預定著陸區(qū)南極艾肯盆地一帶正在進入夜晚。黑燈瞎火降落,萬一摔跟頭怎么辦?由于一個月夜相當于地球上的14天,所以它多飛一陣,等到落區(qū)太陽高照時降落,當然更加穩(wěn)妥。
但北京航天飛行控制中心軌道專家組組長劉勇告訴科技日報記者,其原因不僅于此,還跟嫦娥四號的入軌傾角與落區(qū)位置有關。
劉勇說,嫦娥四號進入環(huán)月軌道時,其軌道面與地月連線基本垂直,而它的首選著陸點——位于艾特肯盆地中部的馮·卡門撞擊坑,經(jīng)度在180度左右。這意味著當時嫦娥四號的軌道并不經(jīng)過落點,其間有大約270度的偏差。這需要通過月球自轉(zhuǎn),花費20多天逐漸彌補。
有網(wǎng)友發(fā)問:既然要等,干嘛不推遲半個月發(fā)射?這就涉及到發(fā)射窗口問題。
記者了解到,嫦娥四號的發(fā)射時間可不是隨便選擇的,要考慮很多約束條件,使它與日、地(包括地面點和近地軌道)、月(包括著月點)的相對關系滿足任務需求。例如,奔月軌道需要調(diào)整近月點經(jīng)度和飛行時間,讓環(huán)月軌道臨近著月點上空,為登月創(chuàng)造條件;奔月飛行過程中,要考慮太陽能帆板的受曬問題,要求太陽光入射方向與太陽帆板之間的夾角保持在一定范圍內(nèi)。此外在飛行和著陸過程中,還要考慮連續(xù)測控問題。這些約束條件有的決定發(fā)射月份,有的決定要在哪天、幾點發(fā)射。嫦娥四號要在月背著陸,各種約束關系特別復雜,其形成發(fā)射機會的交集只在12月8日和9日各有2次,加起來也只有幾分鐘。正所謂“過了這村就沒這店”。
中繼通信不像打電話那么簡單
除了上述原因,嫦娥四號這段時間也不是“閑逛”。劉勇說,出于工程上的考慮,嫦娥四號繞月期間一些設備需要開機進行測試,有足夠的時間,才能讓測試更完整,準備更充分??乒ぞ窒⑼嘎叮隙鹚奶栠M入環(huán)月軌道以來,進行了2次環(huán)月軌道修正,與“鵲橋”中繼星進行了4次中繼鏈路測試,開展了激光測距、三維成像、微波測距測速等導航敏感器在軌測試,為實施月球背面軟著陸做好準備。
其中,中繼通信鏈路的建立是確保任務成功的關鍵之一。
記者從中國航天科技集團五院了解到,鵲橋中繼星于2018年12月14日成功與嫦娥四號著陸器、巡視器組合體建立了前向/返向通信鏈路連接。前向鏈路指地面站將遙控指令發(fā)給鵲橋并轉(zhuǎn)發(fā)給嫦娥四號;返向鏈路指嫦娥四號將數(shù)據(jù)通過鵲橋轉(zhuǎn)發(fā)到地面。
這可不像我們平時打電話那么簡單。五院嫦娥四號中繼星總體主任設計師孫驥介紹,當時嫦娥四號運行在環(huán)月軌道,鵲橋運行在距地球約45萬公里的地月拉格朗日2點Halo軌道上。為了確保它們之間通信鏈路的正常建立,鵲橋上配置的4.2米傘狀拋物面天線必須時刻精確指向嫦娥四號的航跡。在保證姿態(tài)指向的前提下,通過開啟兩個飛行器上的各類通信設備,建立X頻段的通信鏈路。
嫦娥四號和鵲橋分別在各自的軌道上高速運行,因此通信鏈路的維持是個動態(tài)過程。孫驥說,要保證通信鏈路平穩(wěn)可靠,要求鵲橋像諸葛亮一樣,對嫦娥四號下一步的位置神機妙算,并保證自己的姿態(tài)準確地指向那里。鵲橋的傘狀拋物面天線波束角極小,一個細微的姿態(tài)擾動,就會讓通信鏈路出現(xiàn)“卡頓”。這對鵲橋要求十分苛刻,既要“算得準”,更要“指得準”。
(原標題 嫦娥四號落月前20多天忙啥?)
責任編輯:鄭梅欽
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