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鵲橋二號(hào)中繼星攜帶了國際上首個(gè)月球VLBI科學(xué)載荷。由于簡寫是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(tǒng)將給我們帶來什么宇宙新體驗(yàn)?zāi)兀?/p>

01

讓探月工程提前5年的技術(shù)

黑洞、深空導(dǎo)航、宇宙噴流、射電脈沖……要想了解它們的奧秘，都離不開一項(xiàng)天文觀測技術(shù)——VLBI技術(shù)。

▲月地VLBI系統(tǒng)示意圖 圖片來源：中國科學(xué)院上海天文臺(tái)

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(shù)，它利用多個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡之間的干涉，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)VLBI射電望遠(yuǎn)鏡之間的距離）的比值。

這就意味著如果波長一定，望遠(yuǎn)鏡間距越遠(yuǎn)，我們將獲得更高的分辨率。

在歷次探月任務(wù)和首次火星探測任務(wù)中，VLBI測軌分系統(tǒng)將這項(xiàng)天文觀測技術(shù)成功應(yīng)用到航天實(shí)時(shí)任務(wù)中，為確保重大專項(xiàng)任務(wù)的完成做出了重大貢獻(xiàn)。孫家棟院士曾評(píng)價(jià)“VLBI技術(shù)的加入，使我國探月工程至少提前了5年”。

02

首創(chuàng)“月地VLBI系統(tǒng)”

地面的VLBI射電望遠(yuǎn)鏡口徑分別有25米、40米、50米、65米，VLBI核心設(shè)備有主動(dòng)型氫鐘、VLBI數(shù)據(jù)采集與記錄終端、各頻段接收機(jī)等，主備雙路備份，穩(wěn)定可靠。

但要將這么一個(gè)龐大的系統(tǒng)，搬到衛(wèi)星上，在沒有備份，且受重量、功耗和空間環(huán)境等多重限制條件下，縮小整個(gè)系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)可靠穩(wěn)定運(yùn)行，確實(shí)比“登天”還難。

中國科學(xué)院月球VLBI團(tuán)隊(duì)經(jīng)過3年論證，確定了VLBI系統(tǒng)“微縮”方案，巧妙地采用鵲橋二號(hào)中繼星繞月軌道作為月球VLBI站軌道平臺(tái)，利用衛(wèi)星的4.2米天線，配置了一套VLBI星載設(shè)備，成功構(gòu)成月球VLBI系統(tǒng)。

▲深空探測器精密測軌 圖片來源：中國科學(xué)院上海天文臺(tái)

此后，團(tuán)隊(duì)僅用了2年時(shí)間，研制出了一套經(jīng)過電性件、鑒定件和正樣件反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證過的月球VLBI系統(tǒng)，建立了技術(shù)和產(chǎn)品保證并行的應(yīng)對(duì)復(fù)雜載荷系統(tǒng)的管理模式。

團(tuán)隊(duì)在鵲橋二號(hào)中繼星天線配置了VLBI專用饋源網(wǎng)絡(luò)，可將信號(hào)傳輸給低溫電子單元，低溫電子單元（含制冷機(jī)）實(shí)現(xiàn)高靈敏度的射頻前端電路，由制冷機(jī)電控箱負(fù)責(zé)對(duì)制冷機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，為低溫電子單元的信號(hào)放大過程提供零下200度的環(huán)境，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定。

變頻與數(shù)據(jù)采集終端則主要實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻信號(hào)的變頻、放大、采集和處理，其數(shù)據(jù)輸出最快可達(dá)到每秒512MB。

作為“系統(tǒng)的心臟”，氫原子鐘采用被動(dòng)型星載氫鐘，為系統(tǒng)提供高穩(wěn)定度的10MHz頻率信號(hào)。星上存儲(chǔ)系統(tǒng)利用中繼星固存系統(tǒng)，使用星地傳輸系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)傳輸至地面接收站，結(jié)合地面VLBI數(shù)據(jù)，進(jìn)行干涉處理。

鵲橋二號(hào)中繼星在月球捕獲后首先進(jìn)入24小時(shí)大橢圓軌道，月球VLBI系統(tǒng)在24小時(shí)環(huán)月軌道運(yùn)行，在合適的時(shí)機(jī)，從24小時(shí)周期大橢圓軌道調(diào)整為12小時(shí)周期軌道，月球VLBI系統(tǒng)繼續(xù)在12小時(shí)環(huán)月軌道運(yùn)行，月地VLBI基線長度將在約40萬公里動(dòng)態(tài)變化。

03

“愛神”出發(fā)

月球VLBI系統(tǒng)將為我們提供前所未有的高空間分辨率，將實(shí)現(xiàn)月地基線的天體物理、天體測量的科學(xué)探測及深空探測器的精密軌道測量，以其獨(dú)特的視角為我們揭示各類天體和現(xiàn)象的物理性質(zhì)及演化過程。

▲深空探測器精密測軌 圖片來源：中國科學(xué)院上海天文臺(tái)

如今，“愛神”已出發(fā)，期待它帶給我們不一樣的宇宙新體驗(yàn)吧！

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