助力“四姑娘”揭秘神秘月背 航天五院西安分院硬科技助力嫦娥四号任务圆满成功
■首席记者杨斌鹄通讯员张昊
1月11日嫦娥四号任务圆满成功，嫦娥四号着陆器与玉兔二号巡视器工作正常，在“鹊桥”中继星的支持下顺利完成互拍，地面接收图像清晰完好。位于西安航天产业基地的航天科技集团五院西安分院为嫦娥四号探测器提供的测控天线、数传子系统、测距测速敏感器（也称落月雷达），为中继星提供的中继通信分系统、天线分系统及测控分系统等重要产品设备是嫦娥四号任务圆满成功的有力保障。在此次任务中，在嫦娥四号探测器的飞行全程测控、实现月背软着陆、两器互拍等关键环节，西安分院研制的产品都发挥了至关重要的作用。
“四姑娘”如何安全着陆
能否安全着陆月球背面是嫦娥四号任务的关键之一。西安分院科研工作者在嫦娥三号探测器的测距测速敏感器研制经验的基础上，进行了升级和优化，使得“四姑娘”实现了安全着陆月背。
月球背面的地形与月球正面有很大不同，据之前的太空探测器发回的月球背面照片显示，月背有很多高山和低洼处，起伏不定。而“四姑娘”将落到月背南极-艾肯特盆地，这与“三姑娘”落在月球正面相对平坦的地形环境是十分不同的，也为“四姑娘”的落月增加了极大的困难。在绕月飞行阶段，地面会向嫦娥四号探测器注入落月相关的信息和参数，提前告诉“四姑娘”怎么落月、什么时候落月、落到什么地方，“四姑娘”根据提前输入的落月信息，在测距测速等敏感器的帮助下自主导航落月。
西安分院为嫦娥四号研制的测距测速敏感器通过把握速度和距离的信息，保证了“四姑娘”轻盈落月。测距测速敏感器类似于我们日常生活中汽车的行车雷达和倒车雷达，将极大方便“四姑娘”控制身姿顺利“泊车”，可以说，测距测速敏感器是嫦娥四号探测器寻找落月路的明亮双眼。
“四姑娘”和“鹊桥”如何联络
“四姑娘”的数传子系统是嫦娥三号探测器数传子系统升级版。为了适应远距离的太空环境信息传输要求，嫦娥四号探测器的传输子系统有四种传输速率，其中包含了低速传输，同时低速传输也是此次任务中用的最多的传输速率。为什么要用如此低的传输速率呢？这是由嫦娥四号探测器与鹊桥卫星之间的远距离沟通特点决定的。嫦娥四号传输信息的能量是一定的，如果传输速率过快，就会导致信息无法顺利到达中继星。这个过程就好比一个人需要负重前行很远的距离，如果背负的东西很重，那么他在一定的时间内走的路程就比较短，如果背负的东西很轻，那么在同样的时间内他走的路程就比较远。根据能量守恒定理，“四姑娘”将信息传发送给“鹊桥”的能量是一定的，这个信息传送将穿越近8万公里的空间距离，在这个过程中能量损耗是一定的，如果携带的信息过多，那么信息将无法顺利传到中继星上。
研制出高速率的数传子系统很难，而研制出低速数传子系统也不容易。研制高速率的数传就像要把自行车骑得飞快一样，是比较难的事；而低速率的传输好比慢骑自行车，不仅要慢，还要保持平衡，不比骑快简单。为了实现低速率的传输，西安分院的设计师们经过了数次的方案论证、试验，最终才成功地为“四姑娘”特制了一套数传子系统。
“鹊桥”如何提供中继服务
“鹊桥”的中继通信分系统在地、月、星之间建立了数据链路，这些数据链路可以实现“鹊桥”与嫦娥四号探测器的双向通信以及“鹊桥”与地面的双向通信。
由于嫦娥四号探测器的身材小，它们随身携带的信号收发天线装置也相对较小，导致了发射信号较弱，为了能够保障中继星和探测器的联系，中继通信分系统设置了多种不同的码速率，具备了“自适应数字调节”能力，可以克服两器发出的信号微弱、不稳定等带来的信号捕捉困难，为“鹊桥”和嫦娥四号探测器信息传递开辟了“绿色通道”。
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