北京
编者按：
日前，嫦娥六号样品正式交接给中国科学院。作为嫦娥六号任务地月通信的桥梁，鹊桥二号中继星居功至伟。但它的任务可不止“搭桥”，还有哪些科学目标？“中科院之声”推出“揭秘鹊桥”系列专题，今天介绍月球轨道VLBI试验子系统。
鹊桥二号中继星携带了国际上首个月球VLBI科学载荷。由于简写是LOVEx，科研人员笑称她为“爱神”。
从3000米到38万千米基线长度的跨度，月球VLBI系统将给我们带来什么宇宙新体验呢？
01
让探月工程提前5年的技术
黑洞、深空导航、宇宙喷流、射电脉冲……要想了解它们的奥秘，都离不开一项天文观测技术——VLBI技术。
▲月地VLBI系统示意图 图片来源：中国科学院上海天文台
VLBI，中文名为甚长基线干涉测量，是一种高精度天文观测技术，它利用多个射电望远镜之间的干涉，实现对宇宙天体的高分辨率观测。
VLBI的角分辨率是观测波长与基线长度（两个VLBI射电望远镜之间的距离）的比值。
这就意味着如果波长一定，望远镜间距越远，我们将获得更高的分辨率。
在历次探月任务和首次火星探测任务中，VLBI测轨分系统将这项天文观测技术成功应用到航天实时任务中，为确保重大专项任务的完成做出了重大贡献。孙家栋院士曾评价“VLBI技术的加入，使我国探月工程至少提前了5年”。
02
首创“月地VLBI系统”
地面的VLBI射电望远镜口径分别有25米、40米、50米、65米，VLBI核心设备有主动型氢钟、VLBI数据采集与记录终端、各频段接收机等，主备双路备份，稳定可靠。
但要将这么一个庞大的系统，搬到卫星上，在没有备份，且受重量、功耗和空间环境等多重限制条件下，缩小整个系统并实现可靠稳定运行，确实比“登天”还难。
中国科学院月球VLBI团队经过3年论证，确定了VLBI系统“微缩”方案，巧妙地采用鹊桥二号中继星绕月轨道作为月球VLBI站轨道平台，利用卫星的4.2米天线，配置了一套VLBI星载设备，成功构成月球VLBI系统。
▲深空探测器精密测轨 图片来源：中国科学院上海天文台
此后，团队仅用了2年时间，研制出了一套经过电性件、鉴定件和正样件反复试验验证过的月球VLBI系统，建立了技术和产品保证并行的应对复杂载荷系统的管理模式。
团队在鹊桥二号中继星天线配置了VLBI专用馈源网络，可将信号传输给低温电子单元，低温电子单元（含制冷机）实现高灵敏度的射频前端电路，由制冷机电控箱负责对制冷机进行驱动控制，为低温电子单元的信号放大过程提供零下200度的环境，保证了系统稳定。
变频与数据采集终端则主要实现对射频信号的变频、放大、采集和处理，其数据输出最快可达到每秒512MB。
作为“系统的心脏”，氢原子钟采用被动型星载氢钟，为系统提供高稳定度的10MHz频率信号。星上存储系统利用中继星固存系统，使用星地传输系统，将数据传输至地面接收站，结合地面VLBI数据，进行干涉处理。
鹊桥二号中继星在月球捕获后首先进入24小时大椭圆轨道，月球VLBI系统在24小时环月轨道运行，在合适的时机，从24小时周期大椭圆轨道调整为12小时周期轨道，月球VLBI系统继续在12小时环月轨道运行，月地VLBI基线长度将在约40万公里动态变化。
03
“爱神”出发
月球VLBI系统将为我们提供前所未有的高空间分辨率，将实现月地基线的天体物理、天体测量的科学探测及深空探测器的精密轨道测量，以其独特的视角为我们揭示各类天体和现象的物理性质及演化过程。
▲深空探测器精密测轨 图片来源：中国科学院上海天文台
如今，“爱神”已出发，期待它带给我们不一样的宇宙新体验吧！
来源：中国科学院上海天文台 中国科学院月球与深空探测总体部 中国科学院国家空间科学中心
责任编辑：宋同舟
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