月球轨道超长波射电干涉仪任务发射成功

       5月21日5时28分,我国嫦娥四号中继通信卫星“鹊桥号”和搭载的两颗微卫星(龙江一号、二号)在西昌卫星发射中心成功发射升空。“鹊桥号”将飞过月球,很终到达地月拉格朗日L2点,很远距离地球约46万公里。龙江一号、二号携带超长波干涉仪有效载荷,将在世界上 实现空间超长波双星干涉测量。哈尔滨工业大学是龙江一号、二号卫星的总体单位,中国科学院国家空间科学中心是科学任务的提出单位和有效载荷研制及数据处理的承担单位,中科院国家天文台月球与深空数据接收站负责数据接收。

       龙江一号、二号与火箭分离后将各自飞往月球,运行在近月点约300km,远月点约9000km的大椭圆轨道上。它们之间的距离将在1km到10km之间变化,编队飞行。超长波干涉仪的工作频段为1MHz~30MHz。该频段在无线电通信中称为短波,是短波无线电通信和广播,以及业余无线电爱好者的主要工作频段。但在天文观测中,这个波段属于超长波,由于电离层的反射,以及大量自然(如闪电)和人为信号的干扰,在地面上无法用这个波段实施天文观测。即使将探测仪放到电离层之外的地球轨道卫星上,距离地球干扰信号源也仍然很近,来自宇宙的背景射电辐射信号仍将被淹没在大量噪声之中。因此,很适合这个频段观测的轨道是月球轨道,且当卫星运行到月球背面区域时。
       因此,超长波干涉仪将在月球背面进行观测,并通过两个微卫星在国际上 开展超长波频段的干涉实验。实验中,将变化两个微卫星之间的距离,以获得不同干涉基线的观测数据。由于两个微卫星的编队围绕月球轨道旋转,其基线的方向也逐渐变化,在月球背面将获得基线旋转180度的效果。更进一步,伴随着地区/月球系统围绕太阳旋转以及轨道面的进动,实验系统将获得各个方向和长度的基线测量结果,经过图像处理实现全天图下的超低频干涉测量结果。
       超长波干涉仪由可展开三正交偶极子天线、高稳定接收机、数字处理单元以及星间通信、测距和时钟同步一体化单元组成。其中,天线为空间中心和波兰科学院合作研制,高稳定接收机、数字处理单元以及星间通信、测距和时钟同步一体化单元由空间中心研制。
       对于任何目标的图像,干涉测量的原理是在图像的傅里叶变换域(空间频率域)采样。一旦按照很小采样间隔实施的测量点覆盖了全部空间频率域,就可通过做一次反傅里叶变换,获得真实的目标图像。采用干涉测量在技术上的好处是,对固定不变的目标,可以分时进行干涉测量,这样就避免了采用直接成像时需要巨大孔径天线在技术和可行性上的挑战。
       龙江一号、二号任务,正是基于上述原理,在两颗微卫星上分别携带了一台超长波射电干涉仪,在空间形成一个可变基线的二元干涉仪系统,通过两颗微卫星的相对运动,分时采样形成空间频率域各种长度和方向的干涉基线。这次实验的成功将为下一步采用多个微卫星,效率更高的编队方案,更短的时间内完成采样覆盖,获得全天超长波背景图奠定坚实的技术基础。



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