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上海天文台等四地望远镜联网参与“嫦娥一号”测轨

本站速递中国仪表网2007年11月01日 08:36人气:583

  10月24日18时05分,搭载着我国首颗探月卫星嫦娥一号的长征三号甲运载火箭在西昌卫星发射中心三号塔架点火发射升空,在中科院上海天文台VLBI测轨分系统指挥中心现场掌声一片。上海市科教党委书记李宣海、副书记翁铁慧、中国科学院上海分院副院长朱志远、上海市科委总工程师纽晓鸣等领导在VLBI测轨分系统指挥中心见证了这一历史时刻。

    中科院上海天文台VLBI测轨分系统按照“嫦娥”探月工程总体部署,已做好各项准备工作,进入“临战状态”,上海佘山望远镜将与国内三座天文台的望远镜联网,为“嫦娥奔月”导航指路。

    在“嫦娥一号”探月工程中,“VLBI测轨分系统”将扮演非常重要的角色。它将与我国航天测控网一起,完成远离地球38万公里之遥的“嫦娥一号”的精密测轨任务。上海天文台,国家天文台北京总部、昆明天文台、乌鲁木齐天文站的四台大型射电望远镜,将通过VLBI技术应用到嫦娥工程的精确测轨工作中,将参与完成“嫦娥一号”除发射段外各个轨道段的测轨任务。主要为测控系统提供卫星的测角数据。

    我国迄今发射的所有卫星均绕地球运转,其中轨道最远的一颗,距离我们约8万公里,而这只是“嫦娥”卫星38万公里路程的一个零头。以往,位于地面的我国航天测控设备,以及状如雷达碟形天线的射电望远镜,只要通过发射和接收卫星电磁波,就能较精确地测定其轨道。而如今,要站在地球上,“看”清月亮旁边一颗正以每秒1000多米速度飞行的人造卫星,这对“视力”的要求提高了好几个数量级。

    所谓VLBI(即甚长基线干涉)技术,就是将几台射电望远镜,通过干涉的方法联网同时工作,使其测量精度或测量分辨率,等效于一台巨型望远镜。这项技术在国际上主要用于天文研究、天体测量和测地学,有时也用于对深空探测卫星的事后精密定轨进行科学研究。我国是世界上将VLBI技术用于航天工程实时测轨的少数国家之一。

    据介绍,VLBI的神奇之处在于,即使某台射电望远镜的口径只有25米,但它一旦与东西南北不同方位的同类望远镜联网,其口径就相当于各望远镜之间的地理跨度。当这4座天文台(站)点实现VLBI联网后,这台 “超级望远镜”口径将达到3000公里左右。各射电望远镜在不同角度测量的卫星数据,经上海天文台佘山站的VLBI数据处理和指挥调度中心汇总处理后,可生成较为精确的卫星位置、速度等信息,再将信息传送至北京航天飞行控制中心,利用专门软件实时处理成航天测控网可识别的数据,并与国家航天测控系统一起,为“嫦娥”测轨定轨。这也将是我国VLBI首次应用于航天工程。

    “应用于绕月探测工程的VLBI数据处理中心的研制建设是一项创新性工作,关键的VLBI应用软硬件由上海天文台自主研发。” 上海天文台台长、VLBI测轨分系统总指挥洪晓瑜介绍说。

    如何把天文观测系统运用到对人造卫星进行测轨的航天工程,这是绕月探测工程首次飞行任务给中国科学家提出的挑战。洪晓瑜告诉记者,自从2004年绕月探测工程立项以来,中国科研人员在历时三年多的准备工作中,坚持自主创新,成功地把天文系统引入到航天 系统,这其中做了很多创新性的改进。比如,天文观测的天体都非常遥远,天体上发射的信号尽管是球面波,由于无穷远,到达地球 基本上可以按平面波来计算。而近地卫星到地球上几个望远镜之间距离较近,发射的球面波就不可以忽略,此时获取的测轨数据就要 按球面波计算。不同的计算方法,直接关系到测轨的精确度。

    再比如,实时性的要求。对航天行业来说,实时性是很必要的,但天文系统原来是不要求实时的。经过科研人员在技术上的改进和创新,现在通过光缆将4台射电望远镜接收到的信号实时传送到上海VLBI中心,进行复杂的计算,并对各种误差进行修正,已经能够做到在几分钟之内完成数据信息处理,实时将处理好的卫星角位置信息传送到北京航天飞行控制中心。

    “嫦娥”路迢迢,VLBI系统已通过大型实战演练,大大提升了“识途能力”。作为国际VLBI网重要成员,上海天文台曾于2005年与国外合作,参与观测“惠更斯”探测器登陆土星六号卫星。最近一年多来,“大演兵”就有两场。去年五六月间,我国连续5天利用行将退役的欧洲绕月卫星“Smart-1号”进行测轨演习。其间,四地VLBI与航天测控网对其顺利实施联合定轨,最终该卫星撞月试验成功。今年8月,上海又与澳洲、欧洲望远镜联网,在三大洲间架起一座“万公里”口径望远镜,并成功进行了首次跨越洲际的实时VLBI观测,实验持续2个小时,得到清晰观测结果。
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