科普：“鵲橋”中繼星靠什么幫“嫦娥”赴廣寒?
經過20多天的精確飛行，承擔嫦娥四號中繼通信任務的“鵲橋”中繼星不畏宇宙射線、太空碎片的襲擾，跨越40多萬公里于6月14日成功抵達繞地月L2點的Halo軌道，正式進入預定位置。隨后“鵲橋”開始積極“備戰”，為2018年底前到月球背面執行探測任務的嫦娥四號月球探測器打好前站、掃清障礙，搭建一條連接地球和月球的信息“生命線”。
“這是人類歷史上航天器首次造訪地月L2點Halo軌道，‘鵲橋’的成功就位，不僅為嫦娥四號任務的順利開展奠定了堅實基礎，更標志著中國航天人的軌道控制、通信等空間技術邁入國際領先行列。”航天科技集團五院院長張洪太說。
“要探‘月背’、中繼先行”，搭建中繼鏈路是實現月球背面探測的第一步，也是一個難關。20世紀50年代國際航天界提出了中繼星Halo軌道的概念，如今，中國航天人將設想變為現實。
Halo軌道又叫“暈軌道”，取日暈和月暈之意，軌道形狀是非共面的三維非規則曲線，而“暈軌道”控制的難度和復雜程度“確實挺讓人頭暈”。
航天科技集團五院502所技術人員形象地說，“鵲橋”在這個軌道上運行就像調皮的孩子，只要一段時間不關注就會“離家出走”，甚至不知所蹤。為了完成嫦娥四號探測器與地面測控站之間的數據中繼，需要中繼衛星時刻保持高穩定、高精度的姿態和角度，否則就會影響信息的傳輸，甚至影響嫦娥四號任務的完成。
為了應對復雜軌道下對航天器進行頻繁姿態調整的挑戰，保證在壽命期內從容面對突發事件、減少地面人員的操作負荷，專家們把提升航天器自主控制的智能化水平、精準化程度放在首位，在軌道控制策略上設計了速度增量關機和時間關機兩種模式，對軌控關機前的發動機脈寬進行了精確設計。此外，他們專門為“鵲橋”量身定制了具有高智能化水平、全天候、全天時、全空域運行能力的光纖陀螺慣性測量單元，徹底擺脫了之前姿態敏感器需要借助地球、太陽等天體來定位的束縛。
“這就像在高速奔跑中還要穩穩地做微雕。”技術人員對“鵲橋”軌道控制的精度充滿自信——裝備大量原始創新、系統集成創新的新技術，“鵲橋”具備在1000m/s高速在軌飛行中，速度控制精度誤差不大于0.02m/s的本領。
建一條穿越40多萬公里的“星際空間”、連接地球和月球的通信鏈路，考驗的不只是設計上科學合理、更要求工作狀態穩定可靠。為此，“鵲橋”進入預定位置后便開展中繼通信功能的測試，進一步磨合自身所攜帶的新式裝備，力保在長達3年的壽命期間時刻保持最佳狀態。
多安全備份遙測遙控指令設計是航天科技集團五院西安分院技術人員針對“鵲橋”特有工作環境的創新之舉，這就像通過多重備份給“鵲橋”配了多部“手機”。地面工作人員可以同時給這幾部“手機”打電話，發出相同的遙測指令，規避因為距離遠或其他未知因素造成的信號中斷、信息傳送不準確等問題。此外，“鵲橋”裝備的S頻段數字化深空應答機是我國首臺數字化深空應答機，不僅具有對錯誤數據自我修正的功能，而且具有強大的靈敏度和信號捕獲能力，為航天器穩定運行再上一道“安全鎖”。
專家表示，“鵲橋”裝備的4.2米口徑的高增益傘狀拋物面天線，是人類深空探測任務史上最大口徑的通信天線，可以實現對地、對月、對日和對慣性空間任意目標指向與跟蹤的三軸穩定控制，將為嫦娥四號著陸器、巡視器與地面站之間的測控與數據傳輸提供有力支撐。新華社記者白國龍
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