“愛神”出發,驅動“宇宙新體驗” | 揭秘鵲橋_風聞
中科院之声-中国科学院官方账号-1小时前
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?
01
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”。
02
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。
03
“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