“鹊桥”连天地 “嫦娥”吻“月背”

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  “七夕今宵看碧霄,牵牛织女渡河桥。”七夕节要到了,相传在每年的农历七月初七的晚上,织女与牛郎都会在鹊桥相会。不过,今年的“鹊桥”比较忙,在给牛郎、织女牵线之前,它还得去替“嫦娥”先去趟月球!
  皎洁明月悬夜空 神秘“月背”仓谜团
  探测月球的美好愿景令人神往,然而进军“月背”(月球背面)谈何容易!46年前,美国曾计划发射“阿波罗18号”登陆“月背”,但由于未能突破“月背”和地面的通信难题而被迫放弃。
  我国第一个探月工程——“嫦娥工程”于2004年3月1日正式启动。2007年10月24日,我国“嫦娥一号”绕月探测器载着中华民族的“奔月”梦想,踏上了飞奔月空的漫漫旅程。之后,“嫦娥二号”,“嫦娥三号”以及“嫦娥五号”相继奔赴月球,完成了既定的科学探测目标,为后续探月积累了宝贵的经验。
  2018年年底,我国将发射“嫦娥四号”登月探测器。“嫦娥四号”原本是“嫦娥三号”的一个备份星,然而被赋予了更加艰巨的探月使命,那就是在“月背”进行“软着陆”,从而揭示“月背”的更多秘密。
  或许同学们会疑惑,为什么科学家对“月背”情有独钟呢?人类探月的目的就在于了解月球的前世今生,从而为开发太空资源以及深空探测提供科学依据。然而,科学认识月球,需要关于月球的完整资料的支撑。如果没有“月背”探测数据的支撑,那么人类对月球的认识总是不完备的。
  有趣的是,月球在运行过程中总是把靓丽的那一面对着我们,这就是我们通常所说的“皎洁之月”,而我们却始终无法看到月球的背面。人们对于“月背”有着各种各样的猜测,其中不乏外星人基地之说。我国的“嫦娥”系列月球探测器多次飞临月球,获得了“月背”的大量探测数据,包括地形地貌、物质成分、表面环境等详细信息。
  也许,迄今科学家并没有发现所谓的外星人基地,也没有发现人为活动的踪迹,然而,神秘的“月背”还是激发了人类的探索热情,这就是人类走向月球和进行深空探测不可回避的一个环节。
  为什么我们看不到“月背”?
  月球的自转周期与其绕地球公转的周期是一样的,都是27.3天。这样一来,对于地球观察者来说,就永远无法看到月球的背面了。
  如果月球只是绕地球公转而没有自转的话,那么它公转一圈,我们就能看到它的全部了。然而,月球的自转周期与公转周期是相同的,这是由于地球对月球强大的潮汐作用造成的。因此,月球公转了多少,就自转了多少,所以我们永远看不到月球的另一面。
  不过,这只是一个近似的说法。由于月球的运动既复杂又不均匀,而且月球内部物质的分布也是不均匀的,因此月球的“脸”还是会发生一些变化的。一般来说,月球的“脸”有41%是始终面向我们的,有18%是时隐时现的,有41%是我们永远看不到的。
  破解“月背”原始“密码”
  揭开月球千古“哑谜”
  根据此前拍摄的“月背”照片,“月背”看起来只是一片保存了近40亿年之久的荒凉大陆,地貌崎岖不平,甚至找不出一块平坦的场地来做宇宙飞船的登陆点。并且布满了大大小小的陨石坑和密密麻麻的环形山,这些环形山纵横交错,重叠相连,有的绵延数百千米。
  神秘的“月背”无疑是一个具有挑战性的“哑谜”,但我国科学家依然知难而进。我们赖以生存的地球曾经经历了多次沧海桑田,早期的地质历史痕迹已经不复存在。还原地球的历史,一个可能的途径就是从月求的地质记录中寻找答案。从这个意义上来说,“月背”的价值是得天独厚的!相对于月球正面来说,“月背”的地质构造更为古老,保留着更为原始的自然状态,因此是研究月球和地球早期历史的理想样本。
  同时,“月背”独特的环境优势也具有重要的利用价值。由于“月背”屏蔽了来自地球的各种无线电干扰信号,因此是监听来自宇宙深处微弱电磁信号的理想场所。
  “嫦娥四号”登月探测器的“月背”之旅,将开启“月背”探测的新征程。“嫦娥四号”不仅有望破解“月背”的原始“密码”,而且有助于揭开月球的千古“哑谜”,其科学意义是十分深远的。
  登陆月球本身就是一个极具挑战性的难题,而登陆“月背”则要比登陆月球正面更难。由于月球本身的阻隔,在“月背”飞行和着陆的探测器,是不能直接与地面进行无线电通信的。没有了通信,就等于没有了交流,科学家自然就无法了解探测器的运行状况,精准控制也就成了空谈。
  为了确保“嫦娥四号”能在“月背”安全着陆,我国科学家开创性地提出了地月中继通信的科学想法。“鹊桥”中继卫星作为“嫦娥四号”的“先行官”,已于今年5月发射,它将成为我国空间探测的中继“通讯站”。
  “鹊桥”巧布奇妙点
  远端“嫦娥”一星牵
  中继卫星作为一个在太空运行的数据“中转站”,其主要功能是进行天基测控和空天数据中继,为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务。相比于地基测控,天基测控的最大优势就是覆盖率高、具有实时性、经济效益高等优点。
  然而,茫茫宇宙中,“鹊桥”中继卫星放在哪才能发挥作用呢?作为“嫦娥四号”登月探测器的中继卫星,“鹊桥”中继卫星将运行在地月系统拉格朗日L2点,这样才能更好地为“嫦娥四号”登月探测器提供地月中继通信支持和服务。
  拉格朗日点是宇航领域非常重要的奇异点,因由法国数学家拉格朗日提出而得名。其中的地月系统拉格朗日L2点与人类的航天活动关系最为密切,因此是国际深空探测领域的一个热点。
  地月系统拉格朗日L2点位于地球和月球连线的延长线上,中继卫星工作在这个点上可以实现实时对地通信。位于地球和中继卫星之间的月球要比地球小得多,因此几乎遮挡不住地球和中继卫星之间的信号传播。
  工作在地月系統拉格朗日L2点的“鹊桥”中继卫星,由于受地月引力作用平衡而保持相对稳定的状态,因此可以节省卫星燃料,有利于对其进行轨道控制。
  如今,“鹊桥”中继卫星就像是在月地之间搭建的一座“鹊桥”,从而为“嫦娥四号”登月探测器和地面之间建立一种可靠的通信联系通道,从而保证科学家对处于“月背”的“嫦娥四号”登月探测器了如指掌。
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