我国成功打造国际首个探月爱神系统,实现航天器精准跟踪与定位。
9月2日消息,据央视新闻9月1日报道,中国科学院上海天文台近日宣布,我国科研团队已成功构建国际上首个月球轨道VLBI系统,并在近期的月-地长基线上成功检测到天体射电辐射与航天器信号的干涉条纹。这一突破标志着我国在深空探测和天文观测领域迈出了重要一步。 此次成果不仅体现了我国在空间科学和技术方面的持续进步,也展示了在国际合作中日益增强的影响力。VLBI技术的应用,为未来更复杂的深空任务提供了强有力的技术支持,有助于提升我国在月球及更远深空探测中的定位精度和数据获取能力。随着技术的不断成熟,我们有理由期待更多关于月球乃至太阳系其他天体的科学发现。
该系统所有在轨设备运行状况良好,性能参数全面达到设计标准,为超高分辨率射电天文学和高精度航天器追踪开启了新的机遇。相关研究成果近日已在学术期刊《中国科学:物理学力学天文学》英文版上在线发表。
从报道获悉,中国科学院上海天文台的研究人员主导建设的月球轨道VLBI试验系统(LOVEX,Lunar Orbital VLBI Experiment)是嫦娥七号月球探测工程中的一个重要科学项目。
LOVEX充分利用嫦娥七号任务中的鹊桥二号中继星平台及其配套设备,包括4.2米口径X波段天线、固态存储装置以及S/Ka波段通信系统等,并在鹊桥二号上安装了专门用于VLBI的设备,成功构建了国际首个月球轨道VLBI系统。LOVEX与地面VLBI观测站协同开展观测,形成了覆盖月地基线的超长距离空间VLBI网络,具备38万千米的超长基线和极高的空间分辨率,能够支持深空探测器的高精度定轨以及具有重要科学价值的天文观测研究。
VLBI专用载荷设备由上海天文台牵头,联合国内多家航天电子技术单位共同完成研制。该设备主要包括X波段低温接收机及制冷机控制单元(如下图a、c、d)、被动氢原子钟(b)、变频和数据采集后端(f)、VLBI馈源、波束波段及电缆组件等。鹊桥二号中继星于2024年3月20日成功发射,并顺利进入椭圆环月轨道,目前运行于近月点300公里、远月点16万公里的稳定轨道。VLBI设备已完成单机测试,各项性能指标均达到设计要求。 从技术角度看,此次VLBI设备的成功研制与应用,标志着我国在深空探测领域的测轨能力进一步提升。尤其是在鹊桥二号这样的中继卫星上搭载高精度VLBI设备,不仅有助于提高对月球背面的通信与观测能力,也为未来更远距离的深空探测任务打下坚实基础。这种多单位协同攻关的模式,体现了我国航天科技体系的高效整合与持续创新能力。
LOVEX首次进行VLBI实验时,观测的天体是类星体AO0235164。该目标源是一颗已知的明亮耀变体,拥有强烈的射电辐射和极高的亮度温度。它位于月球轨道平面附近,因此在观测过程中,月地之间的投影基线变化较为显著,这使得它成为验证LOVEX探测能力极限的理想选择。 从科学角度来看,此次观测不仅展示了LOVEX在复杂天体环境下的观测能力,也为后续更精确的深空探测奠定了基础。类星体AO0235164作为高能天体的代表,其特殊的物理特性为研究宇宙中的极端现象提供了重要线索。此次实验的成功,标志着我国在甚长基线干涉测量技术领域又迈出了坚实的一步。
LOVEX联合上海天马、昆明、南山等地面射电望远镜,于2024年10月18日首次在0.37倍地球直径的投影基线上成功探测到该天体的干涉条纹。2025年1月23日,又在5.5倍地球直径的基线上实现了512MHz全带宽观测,数据质量明显提高。这些成果证实了LOVEX具备观测亚毫角秒级别结构的能力。
LOVEX 还成功应用于深空探测领域,对地月 L2 点的嫦娥六号轨道器进行了精密定轨,展示了该系统在前沿天文研究与我国深空探测能力的双重价值,体现了我国在空间科学仪器研发和天文观测技术的创新能力。
LOVEX 是第一个由一个国家独立完成的空间 VLBI 系统。LOVEX 成功检测到天体射电辐射和航天器信号在月-地基线的干涉条纹,显示了该系统各项设备运行正常,各项性能和指标满足要求,整个系统是成功的。为超高分辨率射电天文学和精确航天器跟踪开辟了新的可能性。
LOVEX是全球第四项投入运行的空间VLBI项目,具备多项创新性特点。这一项目的实施标志着空间天文观测技术的进一步发展,为人类探索宇宙提供了新的手段和视角。其独特的设计和功能在提升观测精度与效率方面展现出重要潜力,对未来天文学研究具有积极影响。
最长的干涉基线,达到约 38 万千米;
在所有空间 VLBI 系统中,观测带宽最宽(512MHz),数据速率最高(2Gbps);
工作在X波段(深空通信频段),首次在空间与地球之间的基线上完成了对深空探测器的VLBI测量试验;
在太空任务环境中首次完成对原始VLBI数据的机载存储。
第一次将高精度被动氢原子钟用于 SVLBI。
随着数据收集的持续进行和科学分析的不断深入,LOVEX有望进一步揭示天文环境的奥秘,并在提升未来深空探测能力方面发挥更重要作用。 我认为,LOVEX项目的推进不仅有助于科学家更全面地理解宇宙中的复杂现象,也为后续的深空探索任务提供了重要的技术积累和理论支持。在当前航天科技迅速发展的背景下,这类项目的意义愈发凸显,值得持续关注与投入。