搭鵲橋!中國人讓月球背面第一次有信號了

2020-12-17 騰訊網

2018年5月21日5時28分,我國在西昌衛星發射中心用長徵四號丙運載火箭,成功將探月工程嫦娥四號任務鵲橋號中繼星發射升空。

鵲橋號中繼星是世界首顆運行於地月拉格朗日L2點的通信衛星,將為年底擇機實施的嫦娥四號月球探測任務提供地月間的中繼通信。

嫦娥四號中繼星「鵲橋」的飛天之旅

火箭起飛

星箭分離

「喜鵲開屏」

奔向月球

運行於Halo軌道

開展通信中繼和科學技術試驗

支持著陸器/巡視器組合體

在著陸時與地面建立上下行通信鏈路

支持著陸器、巡視器

在月球背面開展科學探測

月球是地球唯一的天然衛星,陪伴地球已經超過45億年。它對地球地軸指向、自轉穩定、周期潮汐、夜晚照明等有著巨大意義。可以說,離開了月球,地球根本不會是今天這種光景。

人類永遠只能看到月球的「一面」?

由於地球強大引力的影響,月球也付出了很大代價:地球將月球的自轉周期減慢(與圍繞地球公轉周期完全一樣),也就是潮汐鎖定。

在這種效應下,身處地球的人類基本永遠只看到月球的「正面」,只能在特定條件下看到月球「背面」一小部分,總體來看,人類無法看全月球背面的。

人類在地球上永遠只能看到的月球正面(左)和看不全的背面(右)(圖片來源於NASA)

即便到了載人航天時代,由於月球整體的阻攔,背面成了地面通信的禁區。在過去的60年內,人類已經發射了超過百個月球探測器,其中有65個月球著陸器,但僅有少數太空飛行器看到過月球背面,沒有任何一個能夠實現月球背面的著陸。

因此,人類關於月球背面的陰謀論和謠言甚囂塵上,外星人基地、納粹殘餘、月球人家園,這些甚至廣泛出現在各種科幻作品中,各種演繹充滿想像力。月球背面甚至得名「月之暗面」(儘管實際上背面也能被太陽照到,只是人類看不到而已)。

為實現月球背面的探測、登陸與研究,就必須把信號傳遞到那裡。現在這個方案就是中國嫦娥四號登陸信號中繼星,人類歷史上首個,妥妥的。

信號中繼衛星,是什麼?

那麼,載人飛船環繞地球運行時,90分鐘左右就能繞地球一周,如果到地球背面時,該怎麼聯繫?

主要有三種方案:

1.全球布網測控站,但受制於海洋無法建站等因素;

2.建立移動測控站,比如使用測量船,但每次都航行到地球另一側不現實;

3.在太空中建立信號中繼衛星網絡,與地球自轉同步,只要3-4顆足夠覆蓋全球,不過技術難度很高。

第3種就是信號中繼衛星,它們的功能就是接收、加工、轉發其他衛星的信息,換句話說:「衛星的衛星」。擁有這個技術的國家/地區有美國、俄羅斯、歐洲、中國、日本,但目前處在完整工作狀態下的中繼衛星通訊系統中,僅有美國和中國能夠實現全球覆蓋。

舉個例子。2003年,中國航天第一人楊利偉進入太空,彼時他只能在飛到中國附近衛星測控站時才能與地球聯繫,一次通話大概5分鐘就必須結束。

王亞平授課是通過天鏈一號系統(圖片改編自中新網)

而到了2013年,神舟十號上,王亞平就已能在太空中實現51分鐘的太空授課,期間飛船繞了地球大半圈。到了神舟十一號時,景海鵬和陳冬已能看地面電視直播了。

他們依賴的就是我國覆蓋全球的四顆信號中繼衛星——天鏈一號。

「鵲橋」中繼衛星工作原理了解一下

超級工程V科普團隊 中國科普博覽

2018年底,嫦娥四號將按計劃抵達月球背面。那時,這個鵲橋「天眼」將會執行任務的指令發送、信號中繼、數據下載等功能,成為連結地球與月球的「鵲橋」。

中國製造

既是照亮月球背面的「天眼」

又是連結地球月球的「鵲橋」

祝嫦娥四號任務一切順利!

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消息來源:人民日報

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