美國探月失敗後,中國鵲橋二號登月任務就靠我們了

Mondo 科學 更新 2024-02-12

春節假期大家都休息了,但中國航天事業卻沒有放假,不僅空間站執行了正常任務,探月工程也取得了新的進展。

2月2日,“鵲橋二號”衛星空運抵達海南南蘭國際機場,然後通過公路運往文昌航天發射場進行發射前的最後準備工作。

它所服務的嫦娥六號探測器已於今年1月抵達海南,並將於今年5月左右發射,這是人類首次從月球背面傳回樣本。

鵲橋2號“抵達海南。

這標誌著中國2024年探月計畫的正式鑼聲。 在月球的背面,中國人又來了!

有些朋友會好奇,這次需要用“陙橋2號”,那麼之前的“闕橋1號”就不能用了? 二號和一號有什麼區別? 2024年,美國和日本不會相繼成功衝刺登月,這次我們獲勝的幾率有多大?

讓我們來談談這些問題。

1、率先出征的“鵲橋一號”

鵲橋一號是一顆服務於嫦娥四號探測器的中繼通訊衛星。 2018年5月21日05時28分在西昌衛星發射中心成功發射。 它配備了“一代名箭”——長征四號C火箭。

長四號丙成功將鵲橋一號中繼衛星送入預定軌道。

既然“鵲橋一號”是為“嫦娥四號”服務的,那麼我們先來看看“嫦娥四號”有什麼特別之處。

嫦娥四號是嫦娥三號的備份(這與這次發射的嫦娥六號類似,是嫦娥五號的備份)。 然而,與嫦娥三號不同的是,嫦娥四號降落在月球的背面。

由於月球的自轉週期與繞地球公轉的週期完全相同,這意味著從地球發出的訊號無法到達月球的背面,因此不能被嫦娥四號直接接收到。

這就是為什麼我們發射了一顆中繼中心衛星“鵲橋一號”,它圍繞地月拉格朗日點L2執行在光環軌道上。 這樣,地球上的通訊訊號首先被傳送到“鵲橋一號”,中繼後,訊號就可以到達月球的背面。

鵲橋一號衛星的基本原理實現了地月通訊中繼。

那麼,為什麼發布會在這個大家看起來都不熟悉的地方呢?

首先,讓我們談談什麼是拉格朗日點。

簡單來說,兩個天體的引力會在某個點上平衡。 在這一點上,太空飛行器只需要消耗很少的燃料就可以保持軌道穩定。

如果我們在這一點上發射一顆衛星,那麼衛星將與地球和月球保持相對靜止。 因此,這個力平衡點也被科學家生動地稱為:“太空停車場”。

兩個天體有五個這樣的點。

以地月系統為例,五個拉格朗日點的分布。

那麼什麼是拉格朗日L2點呢?

地月系統的拉格朗日點 L2 是 4490,000公里,就在月球離地球的另一側。 在天體力學中,點 L2 是乙個動態不穩定的不動點。 因此,太空飛行器通常會在圍繞L2點的光環軌道上進行週期性運動。

暈軌道是圍繞L2點的軌道星團,在其上執行的太空飛行器不僅可以享受到L2點相對省油的好處,還可以避免訊號被月球阻擋,特別適合“鵲橋一號”。

光環軌跡示意圖。

這裡還有乙個問題,拉格朗日點是第乙個被搶占的,如果美國搶占,中國就不會有嗎?

比如以美國和歐洲為首的西方,早就向拉格朗日各個點派出了一系列探測器,一度實現了完全壟斷。 著名的“韋伯”望遠鏡正好在地球-太陽的L2點上執行。 那麼如果中國將來也發展太空望遠鏡,是不是就不能利用這一點了呢?

沒有。 雖然拉格朗日點在理論上是乙個點,但正如我剛才所說,實際上,考慮到操作的穩定性,太空飛行器一般在點附近的光環軌道上做乙個小的圓周運動。

換句話說,該點附近的空域是可用的,非常空曠,沒有“先到先得”,因此美國不能在這方面限制中國的太空探索。

地球日L2的韋伯望遠鏡

最後,我們一起來看看闕橋一號的威力。

首先,鵲橋一號是世界上第一顆在地月L2光環軌道執行的月球中繼衛星。

其次,為了保證中繼任務的進行,“鵲橋一號”需要通過精確控制,在地月L2點的光環軌道上穩定執行。

第三,為了克服嫦娥四號訊號弱不穩定的問題。 “鵲橋一號”裝備了當時最大的傘形天線。

可以說,“嫦娥四號”任務進行得很順利,“鵲橋一號”做出了巨大的貢獻。 現在它仍在“勤奮”地工作,美國和歐洲一再尋求與中國合作,借用“鵲橋一號”的通訊資料。

二是月球背面旅行,星座安全,雄心勃勃的“通訊和遠端制導”。

鵲橋一號的出現。

既然“鵲橋一號”還在工作,為什麼要發射“鵲橋二號”呢?

一方面,“鵲橋1號”雖然還能工作,但已經超出了預期的使用壽命。

鵲橋一號預計任務期限為五年,目前已經工作了五年零九個月。 雖然它仍然有效,但很難保證不會有異常。

為了確保嫦娥六號任務的成功,我們的太空人必須謹慎行事。

另一方面,發射任務不僅適用於通訊中繼。

鵲橋1號主要服務於嫦娥四號。 《鵲橋2號》不只為《嫦娥6號》而設。 後續的《嫦娥7號》、《嫦娥8號》和《嫦娥9號》也依託了《鵲橋2號》。

那麼,這次的“鵲橋二號”和“鵲橋一號”有什麼區別嗎?

鵲橋一號確保了嫦娥五號的成功。

首先,“鵲橋二號”要大得多。

這次發射的“鵲橋二號”重1200公斤,而“鵲橋一號”僅重425公斤。 “鵲橋二號”的總體體質不僅要執行通訊中繼任務,還要執行科學探索任務。

它帶來了乙個極紫外相機、乙個陣列中性原子成像儀和乙個地月VLBI測試系統。 這三颱裝置將讓我們對月球有更深入的了解,為後續載人登月任務奠定堅實基礎。

二是“鵲橋二號”壽命長。

鵲橋1號的設計壽命為5年。 “鵲橋2號”的設計壽命為8年。 按照中國航天員的習慣,如果一切順利,“鵲橋二號”的壽命肯定會更長。

第三,鵲橋二號離月球更近。

鵲橋二號以遠近軌道相結合的方式繞月執行,距離月球只有300公里。 而“鵲橋一號”距離月球約6英里50,000公里。 “鵲橋二號”通過與前輩的合作,可以更好地執行通訊中繼任務。

鵲橋二號發射軌道示意圖。

第四,也是最關鍵的一點,“鵲橋II”是乙個星座。

當鵲橋1號上天時,長征4C號還帶來了“龍江1號”和“龍江2號”兩個小兄弟。 兩個小兄弟不到 50 公斤,體重不超過 800 公釐。

火箭最後級的攝像機拍攝的分離鏡頭,此時,龍江二號尚未分離。

這一次,“鵲橋二號”還將帶來“天都一號”和“天都二號”兩個小兄弟。 “天渡”雙星的名字來源於安徽省黃山主峰“天渡峰”,寓意中國深空探測產業扎根於江淮大地,不斷向更高更遠的深空邁進。

其中,天渡一號衛星重61公斤,配備KA雙頻一體化通訊機、雷射角反射器和空間路由器。

天都二號相對較小,重15公斤,並配備了導電負載。 這兩顆衛星將在月球軌道上編隊飛行。

天都衛星的想象。

有了這兩個小兄弟,除了通訊中繼,“鵲橋二號”的任務還有兩大任務:導航和遙感。

3.爭先恐後,2024年是探月的大年。 日本計畫進行兩次月球探測任務,美國計畫進行六次月球探測任務。 然而,新年伊始,美國和日本的兩次探月被“送來了,擺錘”。

美國“遊隼”號變成了“有損”,在大氣中燃放煙花。

推進劑洩漏的遊隼“傳送”了。

日本的“苗條”登上了月球,但躺下後,就沒有更多的掙扎了。

被困在後面的纖細著陸姿態中,光伏板一直無法正常發電,一直在擺動。

日本的登月過程就像乙個驚悚故事,可以看作是他們在航天領域“懸線”的傳統藝術。

不過,美國和日本仍有2024年的月球探測計畫。

今年,日本正準備發射另一枚“白兔”探測器; 美國有很多月球探測器,將有5次發射“Nova C”、“Griffin 1”、“Blue Ghost”、“Artemis 2”和“CLPS”。

美國的一系列探月計畫都是在重返月球的框架下制定的,但它們有乙個巨大的問題,那就是它們太急於超越中國了。

過去NASA也像現在的我們一樣,會率先在嫦娥六號之前發射鵲橋二號,確保成功; 但現在,由於政治原因,許多技術風險還沒解決就被強行擱置,我們已經目睹了他們今年首次探月任務的失敗。

嫦娥六號“滿是麵條和20名護送人員。

與他們相比,我們的計畫既不是為了噱頭,也不是為了與任何人進行“太空競賽”。

在穩步完成“繞行”、“著陸”和“返回”計畫後,我們將繼續執行“探索”計畫。 從而為後續載人登月和長期駐月提供早期積累。 月球是未來科研的高地,相關技術和資源的巨大商業價值潛力最終將惠及中國經濟社會發展。

鵲橋二號的穩步發射,也是以美國為首的“月球北約”乃至世界的榜樣:真正的月球探測應該紮穩打,一切都要從科研的角度去做,政治目標不應該被綁架。

雖然我們仍躺在地球的“搖籃”中,但中國太空人終將啟程登月,探索星辰大海。

中國未來載人登月研究基地的構想。

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