科普丨搭鵲橋!中國人讓月球背面第一次有信號了(附科普中國視頻)

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▲嫦娥四號任務中繼衛星成功發射

鵲橋號中繼星是世界首顆運行於地月拉格朗日L2點的通信衛星,將為年底擇機實施的嫦娥四號月球探測任務提供地月間的中繼通信。

嫦娥四號中繼星“鵲橋”的飛天之旅

火箭起飛

星箭分離

“喜鵲開屏”

奔向月球

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運行於Halo軌道

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開展通信中繼和科學技術試驗

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支持著陸器/巡視器組合體

在著陸時與地面建立上下行通信鏈路

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支持著陸器、巡視器

在月球背面開展科學探測

月球是地球唯一的天然衛星,陪伴地球已經超過45億年。它對地球地軸指向、自轉穩定、週期潮汐、夜晚照明等有著巨大意義。可以說,離開了月球,地球根本不會是今天這種光景。

人類永遠只能看到月球的“一面”?

由於地球強大引力的影響,月球也付出了很大代價:地球將月球的自轉週期減慢(與圍繞地球公轉週期完全一樣),也就是潮汐鎖定。

在這種效應下,身處地球的人類基本永遠只看到月球的“正面”,只能在特定條件下看到月球“背面”一小部分,總體來看,人類無法看全月球背面的。

即便到了載人航天時代,由於月球整體的阻攔,背面成了地面通信的禁區。在過去的60年內,人類已經發射了超過百個月球探測器,其中有65個月球著陸器,但僅有少數航天器看到過月球背面,沒有任何一個能夠實現月球背面的著陸。

因此,人類關於月球背面的陰謀論和謠言甚囂塵上,外星人基地、納粹殘餘、月球人家園,這些甚至廣泛出現在各種科幻作品中,各種演繹充滿想象力。月球背面甚至得名“月之暗面”(儘管實際上背面也能被太陽照到,只是人類看不到而已)。

為實現月球背面的探測、登陸與研究,就必須把信號傳遞到那裡。現在這個方案就是中國嫦娥四號登陸信號中繼星,人類歷史上首個,妥妥的。

信號中繼衛星,是什麼?

那麼,載人飛船環繞地球運行時,90分鐘左右就能繞地球一週,如果到地球背面時,該怎麼聯繫?

主要有三種方案:

1.全球佈網測控站,但受制於海洋無法建站等因素;

2.建立移動測控站,比如使用測量船,但每次都航行到地球另一側不現實;

3.在太空中建立信號中繼衛星網絡,與地球自轉同步,只要3-4顆足夠覆蓋全球,不過技術難度很高。

第3種就是信號中繼衛星,它們的功能就是接收、加工、轉發其他衛星的信息,換句話說:“衛星的衛星”。擁有這個技術的國家/地區有美國、俄羅斯、歐洲、中國、日本,但目前處在完整工作狀態下的中繼衛星通訊系統中,僅有美國和中國能夠實現全球覆蓋。

舉個例子。2003年,中國航天第一人楊利偉進入太空,彼時他只能在飛到中國附近衛星測控站時才能與地球聯繫,一次通話大概5分鐘就必須結束。

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▲王亞平授課是通過天鏈一號系統(圖片改編自中新網)

而到了2013年,神舟十號上,王亞平就已能在太空中實現51分鐘的太空授課,期間飛船繞了地球大半圈。到了神舟十一號時,景海鵬和陳冬已能看地面電視直播了。

他們依賴的就是我國覆蓋全球的四顆信號中繼衛星——天鏈一號。

“鵲橋”中繼衛星工作原理了解一下

2018年底,嫦娥四號將按計劃抵達月球背面。那時,這個鵲橋“天眼”將會執行任務的指令發送、信號中繼、數據下載等功能,成為鏈接地球與月球的“鵲橋”。

中國製造

既是照亮月球背面的“天眼”

又是鏈接地球月球的“鵲橋”

祝嫦娥四號任務一切順利!

中國科協各級組織要堅持為科技工作者服務、為創新驅動發展服務、為提高全民科學素質服務、為黨和政府科學決策服務的職責定位,推動開放型、樞紐型、平臺型科協組織建設。接長手臂,紮根基層,團結引領廣大科技工作者積極進軍科技創新,組織開展創新爭先行動,促進科技繁榮發展,促進科學普及和推廣,真正成為黨領導下團結聯繫廣大科技工作者的人民團體,成為科技創新的重要力量。——習近平


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