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    “鵲橋”就位打前站,助力“嫦娥”赴廣寒

    時間:2018年06月14日 信息來源:中國空間技術研究院官方微信 點擊: 字體:

    614日,經過20多天的精確飛行,承擔嫦娥四號中繼通信任務的尖兵——“鵲橋”不畏宇宙射線、太空碎片的襲擾,跨越四十萬公里的寒寂深空,成功抵達繞地月L2點的Halo軌道,正式進入戰斗位置。隨后,它將積極備戰,為年底前到月球背面執行探測任務的戰友——嫦娥四號月球探測器打好前站、掃清障礙,搭建出一條連接地球和月球的信息“生命線”。

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    這是人類歷史上航天器首次造訪地月L2Halo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,更標志著我國的軌道控制、通信等空間技術邁入國際領先行列。

    “中國智造”攻克軌控難題 ·

    “要探‘月背’、中繼先行”,搭建中繼鏈路是實現月背探測這一偉大夢想的第一步,也是要解決的重要難關之一。上世紀五十年代國際航天界提出中繼星Halo軌道的概念,如今,中國航天人將設想變為了現實。

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    Halo軌道的中文叫做“暈軌道”,軌道形狀是非共面的三維非規則曲線,本意是取日暈和月暈之意,但實際上“暈軌道”控制的難度和復雜程度確實挺讓人頭暈。為此,研究院派出了我國最頂尖的軌道控制團隊——中國空間技術研究院下屬北京控制工程研究所的技術人員形象地介紹說,“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。

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    敢攬瓷器活,必有金剛鉆。高精度的軌道控制背后,是研究院建院五十年深厚的技術積累,更是創新發展中諸多“研究院智造”黑科技共同作用的效果。技術人員告訴記者,為了應對復雜軌道下對航天器進行頻繁姿態調整的嚴峻挑戰,保證在長達三年的壽命期內從容面對突發事件、減少地面人員的操作負荷,研究院把提升航天器自主控制的智能化水平、精準化程度放在了首位,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,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。 
    “在高速奔跑中還可以穩穩地做微雕”,研究院技術人員對“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,嫦娥四號中繼星具備了在1000m/s高速在軌飛行中,速度控制精度誤差不大于0.02m/s的超強本領,“自主可控、毫厘不差”的超能力更是使地面人員實施的軌道控制周期延長到7天左右一次,這為衛星安全、長期、穩定在軌運行打下了堅實基礎。

    創新接力構建穩固“生命線”

    建起連接地球和月球、跨越40多萬公里的“星際穿越”通信鏈路考驗的不只是設計上科學合理、更要求工作時穩定可靠,為此,提前進入戰斗位置的“鵲橋”將全面開展中繼通信功能的測試,進一步磨合自身所攜帶的各路“新式武器”,力保在長達三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中國空間技術研究院所屬空間電子信息技術研究院技術人員針對“鵲橋”特有工作環境的首創之舉,通過多重備份的方式,給遠在天邊“鵲橋”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,有效規避了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,其靈敏度、信號捕獲能力等性能更為強大,為航天器穩定運行再上一道“安全鎖”。

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    值得一提的是,“鵲橋”還裝備了空間電子信息技術研究院研制的4.2米口徑的高增益傘狀拋物面天線,這是人類深空探測任務史上最大口徑的通信天線,采用整星零動量控制方式,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,為著陸器、巡視器與地面站之間的測控與數據傳輸提供了有力支撐。

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