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“鹊桥”顺利入轨,将助“嫦娥”探月!它身上有啥“黑科技”?
作者:冯雪莹 何冰 文章来源:辽宁科普网 点击数:899 更新时间:2018-06-30

6141106分,探月工程嫦娥四号任务鹊桥中继星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点的Halo使命轨道,成为世界首颗运行在地月L2Halo使命轨道的卫星。后续鹊桥中继星将在此轨道陆续开展在轨测试和中继通信链路联试,为年底择机发射的嫦娥四号月球探测器提供地月中继测控通信。

110分,在北京航天飞行控制中心,科技人员发出指令,鹊桥中继星建立轨控姿态,星上轨控发动机点火,随后正常关机,变轨过程结束。根据北京航天飞行控制中心实时遥测数据监视判断,鹊桥中继星轨道捕获控制正常,进入使命轨道。

 

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图片来源:新华网

高速奔跑可稳做微雕”——“中国智造攻克轨控难题

要探月背、中继先行,搭建中继链路是实现月背探测这一伟大梦想的第一步,也是要解决的重要难关之一。上世纪五十年代国际航天界提出中继星HALO轨道的概念,如今,中国航天人将设想变为了现实。

HALO轨道的中文叫做晕轨道,轨道形状是非共面的三维非规则曲线,本意是取日晕和月晕之意,但实际上晕轨道控制的难度和复杂程度确实挺让人头晕。

为此,五院派出了我国最顶尖的轨道控制团队——五院502所。其技术人员介绍说,鹊桥HALO轨道上运行就像调皮的孩子,只要一段时间不关注就会离家出走,甚至不知所踪。为了完成嫦娥四号探测器与地面测控站之间的数据中继,需要中继卫星时刻保持高稳定、高精度的姿态和角度,否则就会影响信息的传输,甚至影响嫦娥四号任务的顺利完成。

敢揽瓷器活,必有金刚钻。高精度的轨道控制背后,是航天五院建院五十年深厚的技术积累,更是创新发展中诸多五院智造黑科技共同作用的效果。

技术人员说,为应对复杂轨道下对航天器进行频繁姿态调整的严峻挑战,保证在长达三年的寿命期内从容面对突发事件、减少地面人员的操作负荷,五院把提升航天器自主控制的智能化水平、精准化程度放在首位,在轨道控制策略上设计了速度增量关机和时间关机两种模式,对轨控关机前的发动机脉宽进行了精确设计。

此外,专门为鹊桥量身定制了具有高智能化水平、全天候、全天时、全空域运行能力的光纤陀螺惯性测量单元,彻底摆脱了之前姿态敏感器需要借助地球、太阳等天体来定位的束缚。

在高速奔跑中还可以稳稳地做微雕。五院技术人员对鹊桥轨道控制的精度充满自信,装备大量原始创新、系统集成创新的新技术,嫦娥四号中继星具备了在1000m/s高速在轨飞行中,速度控制精度误差不大于0.02m/s的超强本领。自主可控、毫厘不差的超能力更是使地面人员实施的轨道控制周期延长到7天左右一次,这为卫星安全、长期、稳定在轨运行打下了坚实基础。

 

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“鹊桥”升空

鹊桥多部手机”——创新接力构建稳固生命线

建起连接地球和月球、跨越40多万公里的星际穿越通信链路,考验的不只是设计上科学合理,更要求工作时稳定可靠。为此,提前进入战斗位置的鹊桥将全面开展中继通信功能的测试,进一步磨合自身所携带的各路新式武器,力保在长达三年的寿命期间时刻保持最佳状态。

多安全备份遥测遥控指令设计是五院西安分院技术人员针对鹊桥特有工作环境的首创之举。通过多重备份的方式,给远在天边的鹊桥多部手机,地面工作人员可以同时给这几部手机打电话,发出相同的遥测指令,有效规避了因距离远或其他未知因素造成的信号中断、信息传送不准确等问题。此外,鹊桥装备的S频段数字化深空应答机是我国首台数字化深空应答机,不仅具有对错误数据自我修正的功能,其灵敏度、信号捕获能力等性能更为强大,为航天器稳定运行再上一道安全锁

值得一提的是,鹊桥还装备了五院西安分院研制的4.2米口径的高增益伞状抛物面天线,这是人类深空探测任务史上最大口径的通信天线,采用整星零动量控制方式,可以实现对地、对月、对日和对惯性空间任意目标指向与跟踪的三轴稳定控制,为着陆器、巡视器与地面站之间的测控与数据传输提供了有力支撑。

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