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中继星“鹊桥”成功发射建立地月通信 嫦娥四号年底将“奔月”

2018-05-21 07:18 | 中国搜索

中国搜索讯:21日5时28分,我国在西昌卫星发射中心用长征四号丙运载火箭,成功将探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”号中继星发射升空。这是世界首颗运行于地月拉格朗日L2点(简称地月L2点)的通信卫星,将为2018年底择机实施的嫦娥四号月球背面软着陆探测任务提供地月间的中继通信。

长征四号丙运载火箭飞行25分钟后,星箭分离,将“鹊桥”直接送入近地点高度200公里,远地点高度40万公里的预定地月转移轨道,卫星太阳翼和中继通信天线相继展开正常。后续,“鹊桥”将经中途修正、近月制动和月球借力,进入月球至地月L2点的转移轨道,通过3次捕获控制和修正后,最终进入环绕地月L2点的使命轨道,地月L2点是卫星相对于地球和月球基本保持静止的一个空间点。

中国探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁表示,由于月球有一面总是背对着地球,当嫦娥四号进行世界首次月球背面软着陆和巡视勘察任务时,将受月球自身遮挡,无法直接与地球进行测控通信和数据传输,而“鹊桥”则相当于架设在嫦娥四号与地球间的“通信中继站”。

中国航天科技集团有限公司五院“鹊桥”号中继星项目经理张立华说,“鹊桥”还携带了由荷兰研制的低频射电探测仪,未来将开展在轨科学探测试验。

执行此次发射任务的长征四号丙运载火箭是长征四号系列运载火箭第一次在西昌卫星发射中心承担发射任务。这是长征系列运载火箭第275次发射。此次还搭载发射了“龙江一号”“龙江二号”两颗月球轨道编队超长波天文观测微卫星。

据悉,探月工程重大专项由国防科工局组织实施。此次中继星任务中,工程总体由国防科工局探月与航天工程中心承担;卫星、运载火箭分别由中国航天科技集团有限公司中国空间技术研究院、上海航天技术研究院研制生产;发射和测控任务由中国卫星发射测控系统部负责;地面应用系统由中国科学院国家天文台承担。(据新华社报道)

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“嫦娥”飞向月球背面,将能揭开哪些秘密?

近日在全国两会上,全国政协委员、中国航天科技集团五院党委书记赵小津透露,我国今年将实施“嫦娥4号”探月任务,探测器着陆点选在月球背面,这将是人类首次在月球背面登陆。另外,初步计划2025年开始建设月球基地,2030年实现载人登月!

今年将发射“嫦娥4号”再探月球 图/新华社

月球是地球的卫星,是距离地球最近的天体。千百年来,人们对这颗夜色中最大最亮的星体寄托了许多美好的想象,其中“嫦娥奔月”的神话传说最为人所熟知。

不过这些多是文化意义上的月亮,在科学层面上,人们对这个“熟悉”的天体认知却很有限。比如,这次“嫦娥”要去的月球背面,此前无人去过,对其了解少之又少。

因此,这次“嫦娥4号”探月活动受到全球瞩目。国际权威学术期刊《自然》预测并列举2018年全球科技大事件时,“嫦娥4号”上了榜。那么,这又一次“嫦娥奔月”,将会揭开哪些秘密呢?

为何人类要不断探月?

没有人对夜空中的月亮感觉陌生,从孩提时代起,我们的亲人就带我们看夜空,讲月宫、嫦娥、玉兔等神话故事。等我们逐渐长大,又接触到无数关于月亮的诗文、传说。

也基于此,我国的探月计划又叫“嫦娥工程”,月球探测器叫“嫦娥号”,月球车叫“玉兔号”。现代科技与神话故事如此直接地联系了起来。

为何要启动探月工程?其中一个初衷就是来自于千百年来人们的愿望,以及对地球这个唯一卫星的好奇。毕竟,从科学角度讲,我们对这个距地球有38万公里的星体,了解还十分有限。比如它的身世,它的结构,以及它永远“秘不示人”的背面等。

“嫦娥1号”传回的月球表面图 图/新华社

并且,对这个星体,还有很多神奇之处至今无解。比如我们知道,太阳和月球的个头差距很大,但为何在我们看来两者一样大?科学的数据让人吃惊:太阳的直径是月球的395倍,太阳距地球的距离也刚好是月球距地球的395倍!为何这么巧?

还有,月球作为地球的卫星,它与地球的直径之比大得出奇:月球直径是地球的27%。相比来说,一般行星和它最大卫星的直径比例都远比这小,比如火星是0.34%。木星是3.5%。土星是3.75%。其它行星也没超过母星5%的……

太阳和太阳系行星/资料图

关于月球,还有太多谜团。所以探测这个邻居,是人类历来的夙愿。

当然,各国(组织)争相探月,也有基于探索、开发月球能源的考虑。地球上的能源总有枯竭的那一天,月球上已知矿物有100多种,其中有5种还是地球上所没有的。

各国争相开发月球资源 图/中国网

比如氦3,它是一种安全、高效、清洁的新型燃料,可改变人类社会的能源结构,但在地球上却十分罕见。每100吨氦3原料足以解决全球一年的电力供应,而月球上的氦3储量据估算有500万吨,可满足人类1万年以上的供电需求!

此外,探月活动还有某些大国之间竞争、角力的因素。冷战时期的苏联和美国,就是最早启动探月计划的国家。

1959年1月,苏联“月球1号”飞船奔向月球,开展了绕月飞行。这是人类发射的第一个摆脱地球引力场的航天器。同年9月苏联又发射了“月球2号”,并成功在月球表面硬着陆,这是人类探测器第一次撞击月球。

苏联月球车1号/资料图

美国也不甘示弱,1964年7月“徘徊者9号”飞向月球,人类第一次拍摄到了月球表面。而在两年后,苏联探测器“月球9号”成功降落月球表面。

1969年7月20日,永载人类史册的一天到来了。美国宇航员乘坐“阿波罗11号”登陆月球,这是人类第一次踏足月球。21日阿姆斯特朗迈出登月舱时,说出了他的那句名言:“这是我个人的一小步,但却是全人类一大步!”

在此后,美国先后有12名宇航员登上了月球。人类迄今为止也只有这12人登上了地球以外的天体!

美国宇航员登陆月球/资料图

三步规划圆梦“嫦娥奔月”

相对于美国和苏联,中国的探月工程起步较晚。上世纪90年代,中国科学家开始着手把“嫦娥奔月”的梦想变为现实。经过10年酝酿,最终拟定出探月工程“绕”、“落”、“回”三阶段计划。

探月三阶段划分示意图 图/新华社

大致来说,这三个阶段的任务分别为:“绕”:发射探月卫星“嫦娥1号”,环绕月球飞行,对月球表面环境、地貌、地形、地质构造等进行探测。“落”:发射航天器以软着陆的方式降落月球表面进行探测。“回”:对月面巡视勘察,为下一步建立月球基地、载人登月做准备,并采集样本返回地球。

2007年10月我国成功发射“嫦娥1号”卫星,拉开了中国人探索月球的序幕。在此之前,除了美国和苏联,日本、欧空局已向月球发射了探测器。

“嫦娥1号”到达月球后,绕行在距离月面200千米的椭圆形轨道上,成功获取月球表面三维影像。它的成功发射,标志着中国成为世界第五个发射月球探测器的国家地区。

“嫦娥1号”探月轨道示意图/新华图

2010年10月,“嫦娥2号”发射升空,其主要目的是获取更清晰、更详细的月球表面影像数据和月球极区表面数据。为此,它的绕月轨道降低到了距月面100公里的高度。

“嫦娥2号”月球探测器 图/新华网

完成既定任务后,“嫦娥2号”还开展了拓展实验。它先探测了距地球150万公里的日地“拉格朗日2点”。又飞到700万公里外,与图塔蒂斯小行星擦肩而过,拍下了宝贵的照片。

此后它不断飞向深空,验证我国的测控通信能力。如今它正在围绕太阳做椭圆轨道运行,预计在2020年前后回到地球附近。

日地“拉格朗日点”示意图/资料图

2013年12月“嫦娥3号”飞向月球,并成功在月球正面软着陆,还释放出了月球车“玉兔号”,在月球表面开展长时间的巡视探测。

“嫦娥3号”月球车“玉兔号” 图/新华网

至此,探月工程的前两步已完成。原本计划在2017年发射“嫦娥5号”(注:当时计划就是先发“嫦娥5号”,不是“嫦娥4号”),从月球采集月壤带回地球。但由于长征五号遥二火箭当年7月发射失利,“嫦娥5号”发射任务也就相应推迟了。

将于今年启动的“嫦娥4号”探月任务,如果在降落点附近发现了有价值的线索,将发射“嫦娥6号”去月球采样返回。

探测器采样返回地球之路 图/新华网

我们为啥在月球背面登陆?

我国计划今年实施“嫦娥4号”探月任务,探测器将实现人类首次在月球背面着陆,并释放月球车开展原位和巡视探测。这是中国探月工程又一次踏上新征程。

“嫦娥4号”的发射意义重大/资料图

“嫦娥4号”选择在月球背面着陆,将遇到一个现实的困难,即月球背面通信信号隔绝,无法与地球沟通联系。此前,美国国家航空航天局和欧洲航天局就是在这个难题上迟疑不决。而中国,已经找到了解决这一难题的办法。

地月“拉格朗日点”示意图/资料图

基于这个现实问题,科学家设计“嫦娥4号”登月计划分成两次发射任务来完成。第一步是今年上半年往地月“拉格朗日2点”上发射一颗中继卫星。这个点位于地球和月球的延长线上,在这里设置一个卫星,既能“看到”月球背面,也能“看到”地球,可以有效完成地球和“嫦娥4号”探测器之间的信号和数据传输任务。

中继卫星帮助解决通讯问题/资料图

美国曾设想在L2点上建空间站/资料图

那么,问题来了:“嫦娥4号”的着陆点为何选择在操作难度大、且人类从未涉足的月球背面?

设计这项探月任务的科学家认为,正是因为月球背面充满神秘感、且人类从未踏足过,对这一区域开展科学探测才更有必要,也更有意义。

人类一直在探索未知的领域 图/新华网

由于月球自转与公转的周期相等(称为“潮汐锁定”),因此月球始终以同一面朝向地球,人类从未见过月球背面。有限的探知是,月球背面和月球正面的地貌地形有很大差异,正面较平坦,背面凸凹不平,分布着大量环形山。

科学家认为,也正基于此,深入探测月球背面,对研究月球的起源和演变,以及调查月球地质和资源分布等有重要意义。

同时,也正因为月球背面不受来自地球的无线电波干扰,所以这里正是将来建造科研基地的理想场所!

科学家认为,这次探测的重点还有月球两极。月球两极都是很特殊的区域:一个是永久光照区,那里可以获得持续稳定的太阳能;一个是永久阴影区,那里可能存在大量水冰。

“嫦娥4号”可能在月球南极登陆/资料图

因此,如果能通过探测确定月球两极是否有水和其它资源,不仅能作为月球基地选址的重要参考,也有助于下一步把月球作为跳板进行载人火星探测。因为水对深空探测太重要了,不仅能维持航天员的生命,还能分解成氢和氧作为飞船的燃料!

未来还将前往探测火星 图/环球网

本来嘛,探测月球,就是人类探测茫茫宇宙奥秘的第一站。在这里建立基地,将为接下来的深空探测奠定重要基础。

目前我国的第四期探月工程任务仍在规划中,科学家希望在今年上半年发射中继卫星,下半年发射“嫦娥4号”探测器后,能在2025年左右开展月球基地建设,并在2030年左右实现载人登月!

按照这样的规划,中国人千百年来“嫦娥奔月”的梦想,即将真正实现了!(羊城晚报)

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责任编辑:何艳

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