圖說:上海天文臺牽頭的VLBI測軌分系統圓滿完成任務 來源/採訪對象供圖
經歷23天驚心動魄的太空之旅,嫦娥五號懷揣來自月球的巖石和土壤返回地球,這趟滿載而歸的科學「探險」畫上了圓滿的句號。作為探月工程嫦娥五號測控與回收系統的重要組成部分,由中國科學院上海天文臺牽頭的中國甚長基線幹涉測量(VLBI)網與現有航天測控網,共同完成了嫦娥五號探測器各飛行段的測定軌及定位任務。
此次,上海65米口徑的天馬望遠鏡,再次攜手北京密雲站、雲南昆明站、烏魯木齊南山站的射電望遠鏡,以及位於上海天文臺的VLBI數據處理中心,組成甚長基線幹涉測量(VLBI)網——其測量精度或測量解析度等效於口徑3000多公裡的「超級望遠鏡」,為嫦娥五號保駕護航。
在嫦娥五號任務中,VLBI參加了地月轉移、近月制動、環月飛行、著陸下降、月面工作、動力上升、交會對接、環月等待和月地轉移等9個飛行段探測器的相對差分單向測距測量及軌道確定和預報;確定了月面著陸點及月面起飛點的精確坐標,完成了月面起飛及入軌測定、軌道器與上升器交會對接遠程導引、月地轉移段的軌道器與返回器分離點預報,以及上升器受控撞月及撞擊點坐標與時刻測量等任務。這些工作有力地支持了嫦娥五號首次實現我國月球表面採樣、月面起飛、月球軌道無人交會對接等高難度任務及月球樣品再入返回的工程目標。
記者從上海天文臺獲悉,嫦娥五號任務前,科研人員對關鍵技術展開攻關。針對探月工程三期著陸器上升器組合體,軟著陸實時測量等多個高難度任務要求,VLBI測軌分系統團隊開展了關鍵技術攻關和任務能力建設,實現了「三個首次建立」:建立了首個實時X頻段動態雙目標月球探測器VLBI測定軌系統,具備從多目標VLBI觀測任務規劃,到多目標幹涉信號相關處理及後處理、誤差校正、定軌、測角及月面定位等能力;建立了我國第一套深空探測器專用VLBI一體化終端,具備了16通道數據實時採集、記錄、傳輸一體化和多比特量化功能,完全替代了國外產品;首次建立了動態雙目標VLBI信號仿真平臺。在任務前,VLBI團隊利用仿真數據,演練了從月面起飛到交會對接過程的VLBI測量關鍵步驟,為任務實施做了充分準備。
在實際任務過程中,VLBI測軌分系統為嫦娥五號探測器在多個關鍵時刻點提供了高精度測定軌定位結果,實現了「三個首次完成」:首次完成對上升器月面起飛坐標的高精度確定、上升器起飛軌跡的測定及初軌的快速判定;首次採用同波束VLBI完成軌道器和上升器的實時動態測量、月球軌道交匯對接遠程導引及交會對接過程的實施監測;首次完成上升器受控撞月飛行軌跡、撞擊點坐標及時刻的快速高精度確定。
作為現代天文觀測分辨本領最高的觀測手段,VLBI各個觀測單元採用獨立本振技術,多臺望遠鏡及VLBI中心聯合工作,達到一臺直徑更大的綜合孔徑望遠鏡的觀測效果。
上海天文臺VLBI團隊是一支堅持創新、作風頑強、敢啃硬骨頭、能打勝仗的團隊。從嫦娥一號一路走來,由上海天文臺牽頭的VLBI分系統圓滿完成了歷次探月工程的VLBI測定軌任務。嫦娥五號主任務圓滿成功後,該團隊還繼續奮鬥在嫦娥五號拓展任務和「天問一號」的VLBI測定軌任務一線。
團隊成員表示,未來將發揚「追逐夢想、勇於探索、協同攻堅、合作共贏」的探月精神,努力為探月工程後續任務、深空探測等國家重大工程做出應有的貢獻。
新民晚報記者 郜陽