人類(lèi)航天器首次造訪地月L2點(diǎn)Halo軌道

“鵲橋”搭好，靜待“嫦娥”

本報(bào)記者 付毅飛

地月合影影像由嫦娥四號(hào)任務(wù)龍江二號(hào)微衛(wèi)星搭載的沙特相機(jī)拍攝，成像時(shí)間為北京時(shí)2018年6月8日13時(shí)29分，衛(wèi)星軌道高度約728.1km，星下點(diǎn)月面位置為西經(jīng)149°1’，北緯22°28’。成像時(shí)相機(jī)指向地心，拍攝到的月面影像位于月球背面北半球彼得羅帕夫洛夫斯基M環(huán)形坑(Crater Petropavlovskiy M)附近。從拍攝到的地球圖像上可以清晰地分辨出波斯灣、紅海、地中海和阿拉伯半島等區(qū)域。國(guó)家航天局供圖

據(jù)國(guó)防科工局消息，6月14日11時(shí)06分，探月工程嫦娥四號(hào)任務(wù)“鵲橋”中繼衛(wèi)星成功實(shí)施軌道捕獲控制，進(jìn)入環(huán)繞距月球約6.5萬(wàn)公里的地月拉格朗日L2點(diǎn)Halo使命軌道。它將在此軌道陸續(xù)開(kāi)展在軌測(cè)試和中繼通信鏈路聯(lián)試，為年底擇機(jī)發(fā)射的嫦娥四號(hào)月球探測(cè)器提供地月中繼測(cè)控通信。

“這是人類(lèi)歷史上航天器首次造訪地月L2點(diǎn)Halo軌道。”中國(guó)航天科技集團(tuán)五院院長(zhǎng)張洪太表示，“鵲橋”的成功就位，不僅為嫦娥四號(hào)任務(wù)順利開(kāi)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也標(biāo)志著中國(guó)航天軌道控制、通信等空間技術(shù)邁入國(guó)際領(lǐng)先行列。

搭建中繼鏈路是實(shí)現(xiàn)月背探測(cè)的第一步，也是要解決的重要難題之一。上世紀(jì)50年代，國(guó)際航天界提出了中繼星Halo軌道方案;如今，中國(guó)航天人將設(shè)想變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。

Halo軌道又稱(chēng)“暈軌道”，取日暈和月暈之意。不過(guò)其軌道形狀是非共面的三維非規(guī)則曲線，軌道控制的難度和復(fù)雜程度更是讓人頭暈?zāi)垦?。技術(shù)人員說(shuō)，航天器在這個(gè)軌道上運(yùn)行就像調(diào)皮的孩子，一不留神就會(huì)“離家出走”，時(shí)間稍長(zhǎng)就可能不知所蹤。而“鵲橋”需要時(shí)刻保持高穩(wěn)定、高精度的姿態(tài)和角度，否則會(huì)影響信息傳輸。

技術(shù)人員介紹，應(yīng)對(duì)復(fù)雜軌道下對(duì)航天器進(jìn)行頻繁姿態(tài)調(diào)整的要求，保證在長(zhǎng)達(dá)3年的衛(wèi)星壽命期內(nèi)從容面對(duì)突發(fā)事件、減少地面人員的操作負(fù)荷，五院把提升“鵲橋”的自主控制智能化水平、精準(zhǔn)化程度放在了首位，在軌道控制策略上設(shè)計(jì)了速度增量關(guān)機(jī)和時(shí)間關(guān)機(jī)兩種模式，對(duì)軌控關(guān)機(jī)前的發(fā)動(dòng)機(jī)脈寬進(jìn)行了精確設(shè)計(jì)。同時(shí)為“鵲橋”量身定制了具有高智能化水平、全天候、全天時(shí)、全空域運(yùn)行能力的光纖陀螺慣性測(cè)量單元，徹底擺脫了之前姿態(tài)敏感器需要借助地球、太陽(yáng)等天體來(lái)定位的約束。

大量新技術(shù)的應(yīng)用，讓“鵲橋”具備在以每秒1公里的速度飛行時(shí)，誤差小于每秒0.02米的速度控制精度。其超強(qiáng)的自主控制能力，能讓地面實(shí)施軌道控制的周期延長(zhǎng)至7天左右一次。這都為衛(wèi)星長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

為確保通信鏈路穩(wěn)定可靠，“鵲橋”將全面開(kāi)展中繼通信功能的測(cè)試，進(jìn)一步磨合自身攜帶的各種“新式武器”。

多安全備份遙測(cè)遙控指令設(shè)計(jì)，是五院技術(shù)人員針對(duì)“鵲橋”特有工作環(huán)境的首創(chuàng)之舉。此舉通過(guò)多重備份方式，如同為“鵲橋”準(zhǔn)備了多部“手機(jī)”，以避免因各種因素造成的信號(hào)中斷、信息傳送不準(zhǔn)確等問(wèn)題。

“鵲橋”裝備了我國(guó)首臺(tái)數(shù)字化深空應(yīng)答機(jī)。該設(shè)備對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)有自我修正的功能，靈敏度、信號(hào)捕獲能力也極為強(qiáng)大。

此外，“鵲橋”裝備的4.2米口徑的高增益?zhèn)銧顠佄锩嫣炀€，是人類(lèi)深空探測(cè)任務(wù)史上最大口徑的通信天線。其采用整星零動(dòng)量控制方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地、對(duì)月、對(duì)日和對(duì)慣性空間任意目標(biāo)指向與跟蹤的三軸穩(wěn)定控制，為著陸器、巡視器與地面站之間的測(cè)控與數(shù)據(jù)傳輸提供了有力支撐。