05.21 人类航天器首次月背着陆第一步!鹊桥搭建成功

5月21日5点28分,在我国西昌卫星发射中心,由中国航天科技集团有限公司抓总研制的嫦娥四号中继星“鹊桥”搭乘长征四号丙运载火箭升空。卫星由火箭送入近地点约200公里、远地点约40万公里的地月转移轨道。

人类航天器首次月背着陆第一步!鹊桥搭建成功

长征四号丙运载火箭成功发射嫦娥四号中继星“鹊桥”(高剑 摄)

人类航天器首次月背着陆第一步!鹊桥搭建成功

嫦娥四号中继星“鹊桥”搭乘长征四号丙运载火箭升空瞬间(赵聪 摄)

后续,经过约4~5天的飞行,期间经过2~3次中途修正,嫦娥四号中继星“鹊桥”将到达距离月面高度约100公里的近月点。经过近月制动后,在约21天的时间内,“鹊桥”将进行2次中途修正和3次捕获控制,进入Z向振幅约1.3万公里绕地月L2点的Halo轨道。

Halo轨道的中文名叫做“晕轨道”,这个“晕”字借自日晕和月晕,该轨道形状是非共面的三维非规则曲线,不同于地球卫星的椭圆轨道,轨道控制非常复杂。“鹊桥”将在这个轨道进行在轨测试,验证充分后,正式进入“备战”状态。

按照计划,“鹊桥”将在今年年底等到前来月球背面执行探测任务的嫦娥四号着陆器和巡视器。届时,“鹊桥”将提供中继通信服务,为地球和月球搭建一条跨越40多万公里的通信“桥梁”。

月球是地球的卫星,同时也是距离地球最近的地外天体。人类自古以来都对月亮充满好奇,随着科技水平的进步,科学家们从远距离观测月球,到近距离接近月球,最后到成功登月,开始对这一星球进行了更加深入地了解。然而直至今日,这颗星球的许多秘密,尤其是月球背面,仍然未能解开。月球背面之所以显得神秘,原因在于我们无法从地球上直接观测到月球背面。

月球这种规律称为潮汐锁定(或同步自转、受俘自转),发生在重力梯度使天体永远以同一面对着另一个天体,即月球永远以同一面朝向着地球。潮汐锁定的天体绕自身的轴旋转一圈要花上绕着同伴公转一圈相同的时间。

这种同步自转导致一个半球固定不变的朝向伙伴。月球的自转和公转周期都大约是4星期,因此无论何时从地球观察月球,都能看见同一面的半球。直到1959年,从前苏联的太空船月球3号传送回来的照片,才完整的看见月球背面。

嫦娥四号月球探测器是嫦娥三号的备份星,计划将登陆月球背对地球一面的南极附近的艾特肯盆地。由于月球被地球潮汐锁定,它只能永远以同一面朝向地球。这就意味着,在月球背面登陆的嫦娥四号与地球上的测控中心不仅相隔遥远的地月距离,而且还要隔着月球球体进行通信联系。但通信信号无法穿透月球抵达其背面,这就需要中继卫星的帮助来实现数据传输,完成地面测控任务。这是“嫦娥”此次发射奔月之前先发射“鹊桥”卫星的原因。

人类航天器首次月背着陆第一步!鹊桥搭建成功

嫦娥四号中继星“鹊桥”的飞天之旅:

人类航天器首次月背着陆第一步!鹊桥搭建成功

火箭起飞

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星箭分离

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“喜鹊开屏”

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奔向月球

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运行于Halo轨道

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开展通信中继和科学技术试验

人类航天器首次月背着陆第一步!鹊桥搭建成功

支持着陆器/巡视器组合体在着陆时与地面建立上下行通信链路

人类航天器首次月背着陆第一步!鹊桥搭建成功

支持着陆器、巡视器在月球背面开展科学探测

顺利发射和在轨应用后,“鹊桥”将成为人类历史上第一颗地球轨道外专用中继通信卫星,第一颗连通地月的中继卫星,第一颗在地月L2点上采用Halo轨道的卫星,标志着我国率先掌握地月中继通信技术,这是我国在月球探测领域取得的新突破。

嫦娥四号任务是人类首个在月球背面进行的着陆和巡视探测任务,采用“月球背面软着陆巡视+地月L2点中继通信”的技术方案。

嫦娥四号任务通过两次发射来完成,第一次任务先发射嫦娥四号中继星,中继星稳定运行在地月L2点后,执行第二次任务,发射嫦娥四号着陆器、巡视器组合体,组合体软着陆到月球背面南极艾特肯盆地,通过中继星与地球进行中继通信。

嫦娥四号中继星由中国航天科技集团有限公司五院所属航天东方红卫星有限公司抓总研制,在今年第三个“中国航天日”期间,被正式命名为“鹊桥”。中继星基于CAST100卫星平台设计,发射质量约为448公斤,工作寿命不小于3年。

此次任务还搭载发射了两颗超长波天文观测微小卫星。


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