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電子科技,帶你探索月球背面的「秘密」

2024-05-05科學

月球背面,那是我們從地球上看不到的一面。在那裏,是否也有山川河流,是否蘊藏著宇宙不為人知的奧秘?

5月3日,嫦娥六號月球探測器,帶著我們的好奇心,英勇出征,將首次踏上月背這片未知的土地,將人類探月推向前所未有的高度。

作為國家探月工程副總指揮單位,中國電科發揮科技創新主體作用,牽頭研制的深空天線組陣系統依次接力提供測控通訊支持,精準執行軌域轉換、月面著陸及月球軌域對接等任務。數以千計的核心元器件,為任務執行全方位量身客製解決方案。

喀什35公尺天線組陣

這是一幅壯麗的科技畫卷

作畫過程中,「鵲橋二號」中繼衛星是那濃墨重彩的一筆。

由於月球始終有一面背對地球,著陸在月球背面的探測器受到月球自身的遮擋,無法直接實作與地球的測控通訊和數據傳輸,地面指揮和即時通訊面臨巨大困難。前期發射的「鵲橋二號」中繼衛星,為解決這一難題提供了「資訊橋梁」。「作為地球與月背通訊的‘中轉站’,鵲橋二號堪稱月球背後的通訊大使,它‘安家’的軌域,可以實作只要月球附近訊號傳來,‘鵲橋’就能即時對地球通訊,而讓這‘訊號’得以轉譯的就要靠我們研制的深空天線組陣系統。」中國電科技術專家表示,在上升器月面采樣起飛、軌域器高精度飛行控制、交會對接等過程,均離不開深空天線組陣系統。

「由於地球不停自轉,就會擋住天線探測的光線。就像晚上我們見不到太陽一樣,單個深空天線系統也不能時時刻刻對得準月球。」為時刻能「看得見」探測器,中國電科牽頭建設佳木斯、喀什和阿根廷等三大「站將」,構建深空天線組陣系統,具備更強的數據接收能力,利用多站接力方式為鵲橋二號和嫦娥六號提供測控通訊支持,基本上可以實作地球無論轉到什麽位置,最少有一個站可以看到它,精準執行軌域轉換、月面著陸、對接等任務,全程掌控任務裝置狀態。

中國電科承研的佳木斯66公尺地面深空站

首次月背采樣,更是「畫卷」的「點睛之處」。

讓嫦娥六號落地準、抓好土,中國電科研發了十余款電機產品,將在月壤采樣環節發揮關鍵作用。研制的沖擊電機、載入電機和整形電機等三款產品,在電機體重變輕的同時,大幅增加力矩,助力推動鉆頭前進,為「挖土」提供源源動力。

這是一場驚心動魄的「冒險」之旅

月球背面的環境條件十分惡劣,溫差大、放射線強等因素都給任務執行帶來極大的困難。

好在,中國電科總有一些精巧設計,將「冒險」化為「安全」。

作為支撐探測器工作的主要能源,太陽電池陣的穩定效能至關重要。「嫦娥六號月背采樣完成後,起飛時的高溫、振動和羽流環境,都會給太陽電池陣帶來不利影響,產品研制困難重重。」太陽電池陣產品設計師表示,為使產品在高溫下仍保持足夠的貼上力,中國電科對配備的太陽電池陣進行了半封閉粘接技術攻關,使產品在較為苛刻的環境下依然貼上牢固,為「嫦娥探月」提供源源動力。

中國電科承研的喀什35公尺地面深空站

重量輕、柔軟性好、耐空間放射線……經過多次產品叠代和嚴苛考核試驗,航天用線纜高標準透過空間環境的嚴酷考驗。「在宇宙空間環境中,線纜必須能夠承受極端的溫度、真空、放射線等多種復雜條件。」技術負責人表示,為本次任務配備的航天電子安裝線、宇航用對稱網線等產品,有的雖不過幾公釐,卻能夠實作高頻率、大流量的數位訊號傳輸,具備機械強度高、耐高低溫、耐原子氧等特點,高效能完成電能、訊號和數據的傳輸。

這更是制作精良的匠心之作

飛行器和火箭上的每一塊芯片、每一顆螺絲釘、每一根傳感器,都承載著中國電科無數的心血和智慧。

數十種百余只傳感器,是每次發射的「經典之作」。 壓力、壓差、溫度、振動等傳感器,可對探測車變軌等姿態調整和控制提供直接依據,保障任務順利進行。

中國電科承研的阿根廷35公尺地面深空站

低損耗、高隔離、高一致性等優異效能,配備的隔離器環行器「內建光環」,能有效保證系統工作的穩定性,實作通訊訊號的發射和接收。

配備的低溫接收機堪稱「訊號放大機」,能夠對淹沒在雜訊以下的航天器下行極微弱訊號進行接收放大並傳遞到數位終端,有力保證穩定通訊和高效的數據回傳。

為運載火箭配備的助推伺服控制器和時間指令變換器,具有較高的智慧化和可靠性,突破了小訊號模數轉換等關鍵技術,透過產品結構設計創新,大大降低了體積、功耗、重量,控制的三冗余設計顯著提高了可靠性,高效完成運載火箭姿態控制功能。

(光明日報全媒體記者崔興毅 通訊員王雪姣)