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嫦娥探月、天問探火……都離不開這項關鍵技術! | 科技自立自強之路

2024-07-18科技

6月25日,嫦娥六號再傳捷報

實作人類首次月背采樣返回的壯舉

為中國探月工程立項20周年獻上一份大禮

20年來,中國深空探測的水平

從「青銅」進階到「王者」

嫦娥探月、天問探火

都離不開幕後功臣——

甚長基線幹涉測量(VLBI)技術

探月首任總設計師、

中國科學院院士孫家棟曾評價:

VLBI的加入

使中國探月工程立項至少提早了5年


所謂VLBI

就是把兩台或多台望遠鏡

組合成一台「巨型望遠鏡」

這樣一來

等效口徑(基線)大大提升

兩台望遠鏡之間距離越遠、看得越清楚

自20世紀60年代問世以來

VLBI就是空間分辨率最高的天文觀測技術

比哈柏望遠鏡還高數百倍

人類首張M87黑洞照片

就利用了全球8台VLBI射電望遠鏡

最長基線達到1.2萬公裏,接近地球直徑


▲ 上海天文台65公尺口徑的天馬望遠鏡。


值得一提的是

將VLBI用於航天器即時測軌

中國是首創

並成為國際學術界公認的中國招牌

這得歸功於今年97歲高齡的

中國科學院院士葉叔華

20世紀70年代初

葉叔華從一份國際學術期刊上看到

國際上出現了VLBI和人造衛星雷射測距等新技術

她敏銳地判斷

如果中國不及時跟上,將來勢必要落後

在她的積極建議下

1973年

中國科學院上海天文台開始VLBI預研工作

首先

是要在上海建設一台25公尺口徑射電望遠鏡

建這麽大的望遠鏡,經費從哪裏來?

葉叔華單槍匹馬來到國家四機部

詢問相關工作人員

結果對方頭都沒擡就說不行

葉叔華沒有放棄

在原地站了一會兒,她又提出:

「我能不能見部長?」

對方這才擡起頭來打量這位貌不驚人的女科學家

沒想到

主管相關工作的四機部副部長王士光

真的接待了葉叔華並同意支持

回憶起往事,葉叔華笑著說:

「只要我想做一件事,是會奮不顧身的。」


就這樣

VLBI的種子在中國大地落地生根

1987年,上海佘山25公尺口徑射電望遠鏡建成

1994年,新疆烏魯木齊南山25公尺射電望遠鏡建成

至此, 中國VLBI網擁有了第一條基線

即從上海到烏魯木齊的約3200公裏


▲ 1994年,葉叔華(左二)參加烏魯木齊25公尺射電望遠鏡揭幕儀式。

成功的背後

是中國科學家不懈的付出和努力

20世紀七八十年代

這項高精尖技術在中國完全是空白

葉叔華回憶

第一次存取美國時

美國同行吃了一驚:

我們自己還不成熟的技術,中國竟然要發展?

而幾年之後

當佘山25公尺望遠鏡建成的訊息

第一次在國際會議上報告時

全場響起了熱烈的掌聲

沒人能想到

中國科學家真的把這事做成了!


▲ 上海天文台佘山25公尺口徑射電望遠鏡。


更讓人沒想到的是

中國將VLBI技術發揚光大

用在了深空探測的即時測軌

此前,只有美國曾在阿波羅登月計劃中

用VLBI測量過月球車的行經路線

20世紀末,國家正式組織探月工程論證

當時,航天器測控成為重大難題

成熟技術最遠只能測控約8萬公裏

但「嫦娥一號」進入繞月軌域後

最遠距離達40萬公裏

如何突破這一技術瓶頸?

關鍵時刻

上海天文台主動請纓

提出將VLBI結合已有的航天測距測速技術

共同完成高精度測定軌及定位任務

經過調研分析

上海天文台科研團隊鄭重承諾:

提供測軌數據的滯後時間不超過10分鐘

2007年10月24日

中國發射首顆探月衛星嫦娥一號

VLBI測軌分系統最終在6分鐘內

將數據發送至北京航天飛行控制中心

激動之余,大家感嘆:

中國科學院長期的基礎研究

終於成功套用於國家戰略領域!

2020年12月17日

嫦娥五號圓滿完成中國首次月球采樣返回任務

那天淩晨

葉叔華來到上海天文台指揮控制中心現場

當年「要見部長」的中年人已來到鮐背之年

她叮囑大家:

「千萬要記得,這是國家重要的事情。

凡是國家需要的,我們都要做好。

現在國際上都在看著,

做壞了影響國家的體面!」


▲ 2020年12月2日,嫦娥五號著陸器成功落月後,葉叔華在上海天文台VLBI深空探測指揮控制中心與台領導和科研團隊合影。


好在這支膽大心細的隊伍從未失手過

從嫦娥一號到嫦娥六號再到天問一號

雖然任務難度不斷升級

但依靠進一步的能力提升和技術進步

VLBI測軌即時性已經縮短到1分鐘以內

是目前國際上的最高水平

「雖然我們現在是世界第一,但是不能自滿。」

葉叔華在談到未來時依然壯心不已

今年3月20日發射的鵲橋二號中繼星

搭載了上海天文台研制的月球軌域VLBI試驗系統

將使VLBI基線長度超越地球直徑的限制

擴充套件到地月距離

展望未來

星辰大海的目標必將實作



來源:中國科學報

責任編輯:曹旸