摩登3平台代理注册_嫦娥五号奔月的背后:中国“超级望远镜”全程精准护航

  【CNMO】在古人眼中,月亮是一个充满诗意的星体,直到今天还带给我们无尽的遐想。

  时隔近两年,中国探测器再一次重返月球。12月1日晚,又传来好消息,嫦娥五号探测器已在月球正面预选着陆区成功着陆,这意味着我国嫦娥五号探月工程任务基本已完成了一半。如果接下来一切顺利,嫦娥五号探测器将成功带回月壤,成为继美国、苏联之后,第三个完成此类任务的国家,而中国航天人为此已准备了很多年。


嫦娥五号探测器发射成功

  在很多人的想象中,宇宙总是“漆黑”一片,我们不免为“五姑娘”担心。不过,有了中国“超级望远镜”的精准护航,“五姑娘”所走的每一步都显得很有底气。曾经有这样一部电影,影片中男主角双眼能预知未来,并数次以此躲避了危险。而“超级望远镜”在探月中就起着这样的作用。

  不同于一般的望远镜,嫦娥五号奔月背后的“超级望远镜”由北京站、上海站、昆明站和乌鲁木齐站以及位于上海天文台的VLBI数据处理中心(VLBI中心)组成,这样一张巨网所构成的望远镜分辨率相当于口径为3000多千米的巨大综合口径射电望远镜,测角精度可以达到百分之几角秒。简单来说,就是把几个小的望远镜联合起来,来达到一架大望远镜的观测效果。

中国“超级望远镜”的“前世今生”

  要了解中国“超级望远镜”的诞生,必须先要了解叶叔华其人。这位战略科学家在1958年勇敢挑起了筹建我国世界时综合系统的重任,我们现在使用的““北京时间””已和她的名字联系到了一起。作为一位“时间”测量工作者,似乎没有人比她更懂得“时间”背后所要付出的努力。


年轻时的叶叔华

  甚长基线干涉测量(VLBI)在上世纪六七十年代还属于一项新技术,但当时的叶叔华已敏锐地看到了VLBI技术的应用前景,在1973年就提出了发展VLBI的计划。事实上,后来各国都开始采用VLBI技术,全球第一张黑洞照片用的就是这一技术。现在看来,如果没有叶叔华的正确判断,中国的时间测量技术可能很难达到今天的成就。

  1981年10月,叶叔华担任上海天文台台长,她突破重重困难争取到了VLBI项目的科研经费,随后又提出要在乌鲁木齐建VLBI站点,很多人都对此感到不解。这又是叶叔华长远目光的一次体现,因为VLBI站点间的距离越远,就意味着“超级望远镜”分辨率越高。

工作中的叶叔华

  时间来到2007年,“嫦娥一号”卫星发射,叶叔华一手搭建起来的VLBI测轨分系统迎来一次大考,结果只用了6分钟就完成了VLBI测轨,后来的“嫦娥四号”和“天问一号”更是缩短到了1分钟,这让当时的参与者大感惊讶。

  现在,这台“超级望远镜”转向了千里之外的嫦娥五号,为后者承担探明前路的重任。和以往的探月任务不同,此次嫦娥五号直接用上了大推力的长征五号火箭,这是因为“五姑娘”重达8200公斤,还因为探测器本身极其复杂,它由上升器、着陆器、返回器、轨道器四部分组成,各部分都有着不同的功用。

  那么,VLBI测轨分系统是如何为嫦娥五号探测器工作的呢?

为“五姑娘”探路

  在任务实施前,VLBI中心接收北京航天指挥控制中心(北京中心)发送的跟踪时间计划和探测器轨道预报参数等信息,制定VLBI观测计划,向北京中心和各观测站发送VLBI观测计划和引导信息。此外,还有一项工作必不可少,那就是要保证各个测轨观测站的持续供电,这样“超级望远镜”才能放心工作。

上海站(图源:中科院上海天文台)

  从嫦娥五号成功发射到后续返回,各个VLBI观测站必须开展全程的跟踪观测,记录VLBI原始观测数据并实时向VLBI中心发送;VLBI中心处理了这些数据后,要将结果发送给北京中心;而后VLBI中心接收来自北京中心转发的深空站测速测距数据,再利用VLBI和测速测距数据进行定轨和定位,并按要求将探测器定位的结果发送给北京中心;最后在指挥员的统一指挥下,由各个操作手完成对探测器的操控。整个过程缺一不可。

  嫦娥五号进入预定轨道后,为了顺利到达近月点,这期间就要依靠“超级望远镜”提供的数据进行多次中途修正。随后在很长一段时间里,“五姑娘”像个旋转的舞者那样在环月飞行轨道上继续进行绕月运动,并在合适时机完成轨道返回组合体和上升组合体的分离。之后,望远镜给出月面着陆点的精确坐标。确定着陆点,嫦娥五号着陆上升组合体将进行月面软着陆,整个着陆下降的过程历时15分钟左右。

  着陆成功后,“五姑娘”就要投入紧张的“挖土”工作了,因为可利用的时间仅有两天。期间嫦娥五号探测器通过采样封装设备完成对月壤的钻取、表取以及封装。与此同时,“超级望远镜”也在为月球轨道交会对接和样品转移做准备。


嫦娥五号探测器着陆影像图(图源:新华社)

  “挖土”任务完成后,嫦娥五号上升器将从月球起飞,这一过程可视为一次从月球发射航天器的无人实验。一旦上升器回到月球轨道,样本需要被转移至返回器上,这时嫦娥五号和背后的“超级望远镜”才迎来真正的考验:上升器和轨道返回组合体与返回器的精准对接。在寂静无声的月球上空,双方开始对接,这不光需要深空测控技术的支持,还需要满足光照需求以及姿态控制要求。

  通过望远镜的远程导引和近程导引技术,上升器与轨道返回组合体逐步完成交会对接,上升器中存放的月球样本通过轨道器被返回器“吞入”肚中,随后返回器预定时机加速进入月地转移轨道,踏上回家之路。

帮“五姑娘”回家

  以往的探月任务中,中国的很多航天器要么在月球轨道上长久“徘徊”,要么脱离月球引力场,去往宇宙的更深处,安全返回还是第一次。因此,很有必要借助“超级望远镜”来确定一个精确的返回轨道,并且还需要更多深空探测站来实现对嫦娥五号的凝望。


嫦娥五号“打水漂”(图源:央视)

  当嫦娥五号轨道器携返回器向地球呼啸而来时,最有趣的一幕出现了。返回器首先会以第二宇宙速度冲向地球,在进入地球大气后,通过半弹道跳跃式再入返回技术重新跳出大气层,再以第一宇宙速度进行降落,最终返回器打开降落伞,平稳安全地降落在预定地点。整个返回画面就像是在太空中打水漂。

写在最后

  目前,嫦娥五号探测器已安然无恙地降落在月球表面,开启了月壤采集之旅,之后我们的“五姑娘”仍然需要在漆黑的宇宙中前行,等待它的挑战还有很多。而迎接嫦娥五号归来的人们眼中满含着热望。

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