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太空架起新“鹊桥”,星空探索不停步

2024-10-14林宽雨

科学大众(中学) 2024年8期

2024年3月20日,鹊桥二号中继卫星搭乘长征八号遥三运载火箭一飞冲天,开启太空探索新征程。鹊桥二号是何方神圣?它的升空又会给我国太空探索带来哪些改变?

太空“通信员”——中继卫星

在介绍鹊桥二号之前,我们先聊一聊它所属的家族——中继卫星家族。中继卫星也被称为“卫星的卫星”,它是通信卫星家族的一个分支,主要任务是在卫星、飞船和地球之间传递信息。在这些“太空使者”无法直接和地球取得联系时,它们的存在就显得更加重要了。例如,当“太空使者”来到月背之时。

对月球的转动情况有些了解的人应该知道,由于月球围绕地球公转的速度和月球自转的速度一样快,所以我们在地球上看到的一直都是月球的同一面。我们将能看到的月球这一面称为“月面”,将另一面称为“月背”。“太空使者”如果来到月背,它跟地球之间的直接联系会被月球遮挡,这时就需要中继卫星帮忙传递消息。此前,因为太空中没有从事这一任务的中继卫星,人类一直没向月背派遣“太空使者”,直到鹊桥中继卫星的出现。

开启地月通信新篇章

鹊桥号是人类历史上首颗地球轨道外专用中继通信卫星,同时也是第一颗连通地月的中继卫星。该卫星于2018 年5 月21 日在西昌卫星发射中心升空,经过20多天的精确飞行,于6 月14 日成功抵达位于地月拉格朗日L2 点附近的Halo 轨道。到达目的地后,鹊桥号很好地发挥了“通信员”的作用。在它的帮助下,登上月背的嫦娥四号成功地传回了世界上第一张近距离拍摄的月背照片。鹊桥号连续工作了5 年多后,太空中迎来了鹊桥卫星家族的第二位成员——鹊桥二号。

相比自己的前辈,鹊桥二号有了不少改变,比如工作地点的变化。与鹊桥号不同,鹊桥二号将自己的工作地点改为绕月轨道。它首先会在一个周期为24 小时的环月大椭圆冻结轨道上工作一段时间,然后进入一个周期为12 小时的环月大椭圆冻结轨道,继续工作。在绕月轨道上工作的鹊桥二号距离月球更近,在数据传输方面会更高效、更清晰、更完整。

当然,把工作地点改为绕月轨道后,鹊桥二号就做不到每时每刻都同时看到地球和月背。这就意味着,地月之间的通信可能不是连续的。有时,鹊桥二号在月背接收到的信号,也要等到转到月面才能发送给地球。不过,这并不是什么大问题。如今的探测器都能够自行完成探测动作,并不需要人们时刻发号施令。而且,探测器接收到的数据晚一点传回地球,也不会给地面的科研人员带来太大的影响。

鹊桥二号携带的高科技“神器”

为了更好地完成信息传递任务,鹊桥二号携带了不少高科技“神器”,比如鹊桥一号同款“金色大伞”—— 一个口径4.2米的星载大型可展开天线。这个天线采用直径仅为15~30微米的镀金钼丝编织而成,既柔软又强韧。发射时,这个天线呈收起状态,不给鹊桥二号升空添麻烦。入轨后,这个天线会展开,充当鹊桥二号的“眼睛”和“耳朵”,让鹊桥二号看得更远、听得更清。

除了“金色大伞”,鹊桥二号还携带了既能为探测器传输数据又能执行科学探测任务的极紫外相机、阵列中性原子成像仪、地月VLBI试验系统等高科技“神器”。在这些高科技“神器”的帮助下,鹊桥二号不仅能为嫦娥四号、玉兔二号、嫦娥六号,以及未来执行月球探测任务的嫦娥七号、嫦娥八号等提供通信服务,还能同步开展地球磁尾观测等科学探测任务,助力人们发现月球的更多奥秘。

目前,已超过“质保期”的鹊桥号状态依旧良好,未来它将和鹊桥二号配合,为我国探月工程作出更多贡献。需要说明的是,鹊桥号和鹊桥二号不会是鹊桥卫星家族的“唯二”成员,我国后续将开展发射鹊桥三号系列卫星与鹊桥二号组网的任务。另外,未来的鹊桥卫星家族成员也不会只在月球和地球之间传递信息,我国还将通过它们提升地球与火星、金星等其他星球之间的信息传输能力。

(责任编辑:白玉磊)

跟鹊桥二号一同上天的小伙伴

除了鹊桥二号,还有两个试验星也搭乘长征八号运载火箭来到了太空,它们就是天都一号和天都二号通导技术试验星。天都一号重61千克,携带了Ka双频段一体化通信机、激光角反射器、空间路由器等设备;天都二号重15千克,携带了一些通信导航设备。按照计划,两颗通导技术试验星将在绕月轨道上开展一系列试验,为后续国际月球科研站、鹊桥通导遥综合星座系统等的建设提供支持。