“愛神”出發，驅動“宇宙新體驗” | 揭秘鵲橋_風聞

編者按：

日前，嫦娥六號樣品正式交接給中國科學院。作為嫦娥六號任務地月通信的橋樑，鵲橋二號中繼星居功至偉。但它的任務可不止“搭橋”，還有哪些科學目標？“中科院之聲”推出“揭秘鵲橋”系列專題，今天介紹月球軌道VLBI試驗子系統。

鵲橋二號中繼星攜帶了國際上首個月球VLBI科學載荷。由於簡寫是LOVEx，科研人員笑稱她為“愛神”。

從3000米到38萬千米基線長度的跨度，月球VLBI系統將給我們帶來什麼宇宙新體驗呢？

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讓探月工程提前5年的技術

黑洞、深空導航、宇宙噴流、射電脈衝……要想了解它們的奧秘，都離不開一項天文觀測技術——VLBI技術。

▲月地VLBI系統示意圖 圖片來源：中國科學院上海天文台

VLBI，中文名為甚長基線干涉測量，是一種高精度天文觀測技術，它利用多個射電望遠鏡之間的干涉，實現對宇宙天體的高分辨率觀測。

VLBI的角分辨率是觀測波長與基線長度（兩個VLBI射電望遠鏡之間的距離）的比值。

這就意味着如果波長一定，望遠鏡間距越遠，我們將獲得更高的分辨率。

在歷次探月任務和首次火星探測任務中，VLBI測軌分系統將這項天文觀測技術成功應用到航天實時任務中，為確保重大專項任務的完成做出了重大貢獻。孫家棟院士曾評價“VLBI技術的加入，使我國探月工程至少提前了5年”。

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首創“月地VLBI系統”

地面的VLBI射電望遠鏡口徑分別有25米、40米、50米、65米，VLBI核心設備有主動型氫鍾、VLBI數據採集與記錄終端、各頻段接收機等，主備雙路備份，穩定可靠。

但要將這麼****一個龐大的系統，搬到衞星上，在沒有備份，且受重量、功耗和空間環境等多重限制條件下，縮小整個系統並實現可靠穩定運行，確實比“登天”還難。

中國科學院月球VLBI團隊經過3年論證，確定了VLBI系統“微縮”方案，巧妙地採用鵲橋二號中繼星繞月軌道作為月球VLBI站軌道平台，利用衞星的4.2米天線，配置了一套VLBI星載設備，成功構成月球VLBI系統。

▲深空探測器精密測軌 圖片來源：中國科學院上海天文台

此後，團隊僅用了2年時間，研製出了一套經過電性件、鑑定件和正樣件反覆試驗驗證過的月球VLBI系統，建立了技術和產品保證並行的應對複雜載荷系統的管理模式。

團隊在鵲橋二號中繼星天線配置了VLBI專用饋源網絡，可將信號傳輸給低温電子單元，低温電子單元（含製冷機）實現高靈敏度的射頻前端電路，由製冷機電控箱負責對製冷機進行驅動控制，為低温電子單元的信號放大過程提供零下200度的環境，保證了系統穩定。

變頻與數據採集終端則主要實現對射頻信號的變頻、放大、採集和處理，其數據輸出最快可達到每秒512M****B。

作為“系統的心臟”，氫原子鐘採用被動型星載氫鍾，為系統提供高穩定度的10MHz頻率信號。星上存儲系統利用中繼星固存系統，使用星地傳輸系統，將數據傳輸至地面接收站，結合地面VLBI數據，進行干涉處理。

鵲橋二號中繼星在月球捕獲後首先進入24小時大橢圓軌道，月球VLBI系統在24小時環月軌道運行，在合適的時機，從24小時週期大橢圓軌道調整為12小時週期軌道，月球VLBI系統繼續在12小時環月軌道運行，月地VLBI基線長度將在約40萬公里動態變化。

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“愛神”出發

月球VLBI系統將為我們提供前所未有的高空間分辨率，將實現月地基線的天體物理、天體測量的科學探測及深空探測器的精密軌道測量，以其獨特的視角為我們揭示各類天體和現象的物理性質及演化過程。

▲深空探測器精密測軌 圖片來源：中國科學院上海天文台

如今，“愛神”已出發，期待它帶給我們不一樣的宇宙新體驗吧！

來源：中國科學院上海天文台 中國科學院月球與深空探測總體部 中國科學院國家空間科學中心