地面和月球背面之間為啥需要一座“鵲橋”

5月21日5時(shí)28分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征四號(hào)丙運(yùn)載火箭，成功將探月工程嫦娥四號(hào)任務(wù)鵲橋號(hào)中繼星發(fā)射升空。這是世界首顆運(yùn)行于地月拉格朗日L2點(diǎn)的通信衛(wèi)星，將為年底擇機(jī)實(shí)施的嫦娥四號(hào)月球探測(cè)任務(wù)提供地月間的中繼通信。

為什么圍繞拉格朗日L2點(diǎn)飛行

據(jù)介紹，探月工程嫦娥四號(hào)任務(wù)將實(shí)現(xiàn)國(guó)際首次月球背面軟著陸和巡視勘察。而這次發(fā)射的鵲橋號(hào)中繼星將承擔(dān)嫦娥四號(hào)著陸器和巡視器與地球間的通信和數(shù)傳任務(wù)。也就是說，這顆中繼星是航天人搭建起的地月信息聯(lián)通的“天橋”。

為什么要這么做？

專家解釋，這是由于月球繞地球公轉(zhuǎn)的周期與月球自轉(zhuǎn)的周期相同，所以月球總有一面背對(duì)著地球，這一面稱之為月球背面。著陸在月球背面的探測(cè)器由于受到月球自身的遮擋，無法直接實(shí)現(xiàn)與地球的測(cè)控通信和數(shù)據(jù)傳輸，因此需要一顆中繼星。

據(jù)介紹，鵲橋號(hào)中繼星將在地月連線延長(zhǎng)線的拉格朗日L2點(diǎn)附近，圍繞L2點(diǎn)飛行，實(shí)現(xiàn)對(duì)地、對(duì)月中繼通信，保障嫦娥四號(hào)任務(wù)實(shí)施。這顆中繼星到月球的平均距離約為6.5萬公里，距地球則為40多萬公里。

拉格朗日點(diǎn)又稱為平動(dòng)點(diǎn)，于1772年由法國(guó)數(shù)學(xué)家拉格朗日推算得出，是指一個(gè)小物體在兩大物體的引力作用下，小物體相對(duì)于它們基本保持靜止的空間點(diǎn)。該空間點(diǎn)有5個(gè)，分別為L(zhǎng)1、L2、L3、L4、L5。在拉格朗日點(diǎn)上，探測(cè)器消耗很少的燃料即可長(zhǎng)期駐留。

除了完成中繼任務(wù)，此次發(fā)射還搭載了由哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的兩顆月球軌道編隊(duì)超長(zhǎng)波天文觀測(cè)微衛(wèi)星“龍江一號(hào)”“龍江二號(hào)”，將開展月球軌道編隊(duì)飛行、空間超長(zhǎng)波天文干涉測(cè)量等技術(shù)試驗(yàn)。鵲橋號(hào)中繼星和微衛(wèi)星還將利用攜帶的荷蘭研制的低頻射電探測(cè)儀、沙特研制的月球小型光學(xué)成像探測(cè)儀、中山大學(xué)研制的激光角反射器等有效載荷，擇機(jī)開展科學(xué)探測(cè)試驗(yàn)。

探索月球背面有什么意義

嫦娥四號(hào)的主要任務(wù)是什么？

據(jù)介紹，2013年12月，嫦娥三號(hào)任務(wù)圓滿完成我國(guó)首次地外天體軟著陸和巡視勘察之后，國(guó)防科工局組織開展了嫦娥四號(hào)任務(wù)實(shí)施方案調(diào)整的論證工作。綜合考慮國(guó)際前沿、科學(xué)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性等因素，最終確定了月球背面軟著陸和巡視勘察的總體方案。

專家介紹，月球背面始終背對(duì)地球，屏蔽了地球的無線電、閃電和極光等干擾信號(hào)，在月球背面獨(dú)特的電磁環(huán)境條件下，開展低頻射電觀測(cè)研究，將填補(bǔ)100KHz—10MHz射電天文觀測(cè)空白，有望取得行星際激波、日冕物質(zhì)拋射和空間傳播機(jī)理等方面原創(chuàng)性成果。

此外，月球背面與正面的地質(zhì)特征存在很大差異，嫦娥四號(hào)對(duì)月球背面開展形貌、物質(zhì)組成、月壤和月表淺層結(jié)構(gòu)的就位與巡視綜合探測(cè)，將促進(jìn)對(duì)月球早期演化歷史的新認(rèn)知。

因此，嫦娥四號(hào)任務(wù)肩負(fù)人類探索未知領(lǐng)域的重要使命，將突破一系列極具挑戰(zhàn)的高新技術(shù)，是開展后續(xù)月球探測(cè)的序章，也將促進(jìn)人類探索向更加深遠(yuǎn)的太空邁進(jìn)。

據(jù)了解，我國(guó)將于年底擇機(jī)發(fā)射嫦娥四號(hào)著陸器和巡視器，在中繼測(cè)控支持下實(shí)現(xiàn)月球背面軟著陸，開展就位和巡視探測(cè)，這些科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)再通過中繼星轉(zhuǎn)發(fā)至地面接收站，開展相關(guān)科學(xué)研究。

我國(guó)探月工程開始于2004年，計(jì)劃在2020年前按“繞、落、回”的發(fā)展思路分三期組織實(shí)施，實(shí)現(xiàn)探月工程既定目標(biāo)。

本報(bào)記者 馮 華