科技日报：静待“嫦娥” 人类航天器首次造访地月L2点Halo轨道
人类航天器首次造访地月L2点Halo轨道“鹊桥”搭好，静待“嫦娥”
本报记者 付毅飞
地月合影影像由嫦娥四号任务龙江二号微卫星搭载的沙特相机拍摄，成像时间为北京时2018年6月8日13时29分，卫星轨道高度约728.1km，星下点月面位置为西经149°1’，北纬22°28’。成像时相机指向地心，拍摄到的月面影像位于月球背面北半球彼得罗帕夫洛夫斯基M环形坑（Crater Petropavlovskiy M）附近。从拍摄到的地球图像上可以清晰地分辨出波斯湾、红海、地中海和阿拉伯半岛等区域。国家航天局供图
据国防科工局消息，6月14日11时06分，探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”中继卫星成功实施轨道捕获控制，进入环绕距月球约6.5万公里的地月拉格朗日L2点Halo使命轨道。它将在此轨道陆续开展在轨测试和中继通信链路联试，为年底择机发射的嫦娥四号月球探测器提供地月中继测控通信。
“这是人类历史上航天器首次造访地月L2点Halo轨道。”中国航天科技集团五院院长张洪太表示，“鹊桥”的成功就位，不仅为嫦娥四号任务顺利开展奠定了坚实基础，也标志着中国航天轨道控制、通信等空间技术迈入国际领先行列。
搭建中继链路是实现月背探测的第一步，也是要解决的重要难题之一。上世纪50年代，国际航天界提出了中继星Halo轨道方案；如今，中国航天人将设想变为了现实。
Halo轨道又称“晕轨道”，取日晕和月晕之意。不过其轨道形状是非共面的三维非规则曲线，轨道控制的难度和复杂程度更是让人头晕目眩。技术人员说，航天器在这个轨道上运行就像调皮的孩子，一不留神就会“离家出走”，时间稍长就可能不知所踪。而“鹊桥”需要时刻保持高稳定、高精度的姿态和角度，否则会影响信息传输。
技术人员介绍，应对复杂轨道下对航天器进行频繁姿态调整的要求，保证在长达3年的卫星寿命期内从容面对突发事件、减少地面人员的操作负荷，五院把提升“鹊桥”的自主控制智能化水平、精准化程度放在了首位，在轨道控制策略上设计了速度增量关机和时间关机两种模式，对轨控关机前的发动机脉宽进行了精确设计。同时为“鹊桥”量身定制了具有高智能化水平、全天候、全天时、全空域运行能力的光纤陀螺惯性测量单元，彻底摆脱了之前姿态敏感器需要借助地球、太阳等天体来定位的约束。
大量新技术的应用，让“鹊桥”具备在以每秒1公里的速度飞行时，误差小于每秒0.02米的速度控制精度。其超强的自主控制能力，能让地面实施轨道控制的周期延长至7天左右一次。这都为卫星长期稳定运行奠定了基础。
为确保通信链路稳定可靠，“鹊桥”将全面开展中继通信功能的测试，进一步磨合自身携带的各种“新式武器”。
多安全备份遥测遥控指令设计，是五院技术人员针对“鹊桥”特有工作环境的首创之举。此举通过多重备份方式，如同为“鹊桥”准备了多部“手机”，以避免因各种因素造成的信号中断、信息传送不准确等问题。
“鹊桥”装备了我国首台数字化深空应答机。该设备对错误数据有自我修正的功能，灵敏度、信号捕获能力也极为强大。
此外，“鹊桥”装备的4.2米口径的高增益伞状抛物面天线，是人类深空探测任务史上最大口径的通信天线。其采用整星零动量控制方式，可以实现对地、对月、对日和对惯性空间任意目标指向与跟踪的三轴稳定控制，为着陆器、巡视器与地面站之间的测控与数据传输提供了有力支撑。
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