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鵲橋二號中繼星攜帶了國際上首個月球VLBI科學載荷。由于簡寫是LOVEx，科研人員笑稱她為“愛神”。

從3000米到38萬千米基線長度的跨度，月球VLBI系統將給我們帶來什么宇宙新體驗呢？

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讓探月工程提前5年的技術

黑洞、深空導航、宇宙噴流、射電脈沖……要想了解它們的奧秘，都離不開一項天文觀測技術——VLBI技術。

▲月地VLBI系統示意圖 圖片來源：中國科學院上海天文臺

VLBI，中文名為甚長基線干涉測量，是一種高精度天文觀測技術，它利用多個射電望遠鏡之間的干涉，實現對宇宙天體的高分辨率觀測。

VLBI的角分辨率是觀測波長與基線長度（兩個VLBI射電望遠鏡之間的距離）的比值。

這就意味著如果波長一定，望遠鏡間距越遠，我們將獲得更高的分辨率。

在歷次探月任務和首次火星探測任務中，VLBI測軌分系統將這項天文觀測技術成功應用到航天實時任務中，為確保重大專項任務的完成做出了重大貢獻。孫家棟院士曾評價“VLBI技術的加入，使我國探月工程至少提前了5年”。

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首創“月地VLBI系統”

地面的VLBI射電望遠鏡口徑分別有25米、40米、50米、65米，VLBI核心設備有主動型氫鐘、VLBI數據采集與記錄終端、各頻段接收機等，主備雙路備份，穩定可靠。

但要將這么一個龐大的系統，搬到衛星上，在沒有備份，且受重量、功耗和空間環境等多重限制條件下，縮小整個系統并實現可靠穩定運行，確實比“登天”還難。

中國科學院月球VLBI團隊經過3年論證，確定了VLBI系統“微縮”方案，巧妙地采用鵲橋二號中繼星繞月軌道作為月球VLBI站軌道平臺，利用衛星的4.2米天線，配置了一套VLBI星載設備，成功構成月球VLBI系統。

▲深空探測器精密測軌 圖片來源：中國科學院上海天文臺

此后，團隊僅用了2年時間，研制出了一套經過電性件、鑒定件和正樣件反復試驗驗證過的月球VLBI系統，建立了技術和產品保證并行的應對復雜載荷系統的管理模式。

團隊在鵲橋二號中繼星天線配置了VLBI專用饋源網絡，可將信號傳輸給低溫電子單元，低溫電子單元（含制冷機）實現高靈敏度的射頻前端電路，由制冷機電控箱負責對制冷機進行驅動控制，為低溫電子單元的信號放大過程提供零下200度的環境，保證了系統穩定。

變頻與數據采集終端則主要實現對射頻信號的變頻、放大、采集和處理，其數據輸出最快可達到每秒512MB。

作為“系統的心臟”，氫原子鐘采用被動型星載氫鐘，為系統提供高穩定度的10MHz頻率信號。星上存儲系統利用中繼星固存系統，使用星地傳輸系統，將數據傳輸至地面接收站，結合地面VLBI數據，進行干涉處理。

鵲橋二號中繼星在月球捕獲后首先進入24小時大橢圓軌道，月球VLBI系統在24小時環月軌道運行，在合適的時機，從24小時周期大橢圓軌道調整為12小時周期軌道，月球VLBI系統繼續在12小時環月軌道運行，月地VLBI基線長度將在約40萬公里動態變化。

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“愛神”出發

月球VLBI系統將為我們提供前所未有的高空間分辨率，將實現月地基線的天體物理、天體測量的科學探測及深空探測器的精密軌道測量，以其獨特的視角為我們揭示各類天體和現象的物理性質及演化過程。

▲深空探測器精密測軌 圖片來源：中國科學院上海天文臺

如今，“愛神”已出發，期待它帶給我們不一樣的宇宙新體驗吧！

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