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再过不久, “嫦娥四号” 要到月球背面去进行勘察任务了.这是世界首次月球背面软着陆和巡视勘察任务.但是由于月球自身的遮挡, 着陆在月球背面的探测器无法直接实现与地球的测控通信和数据传输, 因此科学家们为 “嫦娥四号” 和地球之间架设了一座 “鹊桥” — — 中继卫星 “鹊桥号” .
“鹊桥号” 已于今年5月21日凌晨5点28分成功发射升空, 6月14日11时06分, 成功实施轨道捕获控制, 进入环绕距月球约6.5万公里的地月拉格朗日L2点Halo使命轨道.
在期待 “嫦娥四号” 的时间里, 我们一起来了解这次不同寻常的探月任务以及去认识这座 “鹊桥” 吧！目前, 全球已经进行过约 132 次探月活动, 但从来没有一个探测器在月球背面进行过软着陆. “嫦娥四号”为什么要去月球背面着陆呢？
到月球背面去
目前, 全球已经进行过约 132 次探月活动, 但从来没有一个探测器在月球背面进行过软着陆. “嫦娥四号”为什么要去月球背面着陆呢？
一直以来, 科学家们推测, 在月球背面, 可能会发现一些在月球正面没有得到的数据.深入了解月球背面, 对研究月球的起源和演变、 调查月球地质和资源情况等有重要意义.月球背面可屏蔽来自地球的各种无线电干扰信号, 因而在那里能监测到地面和地球附近的太空无法分辨的电磁信号, 对研究恒星起源和星云演化有重大意义.国际航天科普专家庞之浩认为, 利用月球背面独特的无线电环境, 可以开展低频射电天文观测, 有望在太阳风激波、 日冕物质抛射和高能电子束的产生机理等方面取得原创性的成果, 为未来对宇宙 “黑暗时代” 和“黎明时期” 的探索打下基础.
但是, 月球公转周期与自转周期相同, 月球只能永远以同一面朝向地球, 这就造成了约41%的月面无法被地球直接观测到, 当飞行器飞到月球背面, 就难以和地球进行通信, 这也是长期以来人类探测器从未在月球背面着陆的主要原因.
因此, “嫦娥四号” 探测器此行将创造历史.
为 “鹊桥” 选址
“鹊桥号” 将为月球背面的着陆任务传输信息,其位置必须位于月球背面.那么 “鹊桥号” 的最佳位置在哪里？
科学家选择了地月拉格朗日 L2点附近.
宇宙中两个天体之间的作用力可用万有引力描述, 用牛顿的理论就能算得天体的运行轨道.而三个天体之间的作用力关系非常复杂, 很长时间内人类难以求解.科学家们渐渐发现, 三个天体中有一些点的位置很特殊, 在这些点上, 最小的天体相对于两个大天体基本保持静止.瑞士科学家欧拉和法国科学家拉格朗日一共算出了5个这样的点, 即L1~L5点, 也称为拉格朗日点或平动点.
5个点中, L2点位于两个大天体球心连线延长线且靠近小天体一侧.“鹊桥号” 的使命轨道就是地月L2点环绕轨道, 它位于月球背面一侧, 距月球约6.5万公里.由于地月距离是变化的, L2点与月球的距离也是变化的,最大距离不大于8万公里, 可实现对着陆器和巡视器的中继通信覆盖.
地月L2点是个 “有趣” 的位置, 在这里, 中继星绕地球转动的周期与月球绕地球转动的周期相同.通过巧妙的设计, 维持L2点的位置所消耗的燃料较少, 太阳能帆板的效率也因少受阴影影响而较高.
“鹊桥号” 世界之最
拥有深空探测器最大口径通信天线
随着人类深空探测的脚步越走越远, 建立远距离数据通信链路是世界各国都在致力发展的深空探测关键核心技术.通信能力与天线的 “本事” 密不可分. “鹊桥号” 上架设了一副展开后口径近5米的伞状天线, 这是人类深空探测史上最大口径的太空通信天线.该天线为 “鹊桥号” 和地球之间铺设了一架高速桥梁, 每时每刻将宝贵的科学数据从遥远的外太空送达地球.
激光测距试验或史上距离最远
激光测距试验, 是指通过激光进行星地距离的科学测量.其原理是将激光束射向放置在卫星表面的角反射镜, 通过发送、 接收的时间差计算出星地距离.
历史上最远距离的激光测距试验发生在地月之间, 1969年 “阿波罗11号” 在月球上放置了一套激光测距反射镜阵列, 从那以后, 美国、 法国、 日本、中国等国的科学家先后完成了地月激光测距试验.
如今, 在距地球最远约46万公里的地月L2点附近, “鹊桥号” 也携带了一台激光反射器.与地月激光测距不同, 让地球观测台站发出的激光波束准确找到46万公里外高速飞行的 “鹊桥号” 难上加难.但中国科学家已经找到了解决方案, 不出意外, “鹊桥号” 将使人类激光测距的纪录再增加约8万公里.
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参考文献：
1、 鹊桥搭起，月背着陆任务拉开大幕 5月21日晨,中国在西昌卫星发射中心用长征四号丙运载火箭,成功将探月工程嫦娥四号任务中继通信卫星鹊桥号发射升空 据了解,鹊桥号发射入轨之后将为年底择机实施的嫦娥四号月球探测任务提供地月间中继通信服务,.
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