Queqiao:Broen mellem Jorden og den anden side af månen

Kinas Chang'e-4-sonde markerede den første bløde landing af et rumfartøj på den anden side af Månen, som altid vender væk fra Jorden. For at kommunikere med jordstationer, Chang'e-4 er afhængig af Queqiao, en relækommunikationssatellit, der kredser om et punkt bag Månen og slår bro mellem Jorden og Chang'e-4. I en nylig anmeldelse, forskere forklarer designet af Queqiao og skildrer fremtiden for månens relækommunikationssystemer.

På grund af et fænomen kaldet gravitationslåsning, Månen vender altid mod Jorden fra samme side. Dette viste sig nyttigt i de tidlige månelandingsmissioner i det 20. århundrede, da der altid var en direkte sigtelinje for uafbrudt radiokommunikation mellem jordens jordstationer og udstyr på Månen. Imidlertid, gravitationslåsning gør det meget mere udfordrende at udforske månens skjulte ansigt - den anden side fordi signaler ikke kan sendes direkte over Månen mod Jorden.

Stadig, i januar 2019, Kinas månesonde Chang'e-4 markerede første gang et rumfartøj landede på den anden side af Månen. Både landeren og måne-roveren, den bar, har samlet og sendt billeder og data tilbage fra tidligere uudforskede områder. Men hvordan kommunikerer Chang'e-4-sonden med Jorden? Svaret er Queqiao, en relækommunikationssatellit, forklarer Dr. Lihua Zhang fra DFH Satellite Co., Ltd., Kina.

Som forklaret af Dr. Zhang i et reviewpapir for nylig offentliggjort i Rum:Videnskab og teknologi , Queqiao er en hidtil uset satellit designet specifikt til ét formål:At fungere som en bro mellem Chang'e-4-sonden og Jorden. Queqiao blev opsendt i 2018 og sat i kredsløb om et punkt "bagved" Månen. Dette punkt er kendt som Jord-Måne Libration punkt 2, hvor et særligt tilfælde af gravitationsbalance tillader Queqiao at opretholde en bane, således at den har næsten konstant direkte sigtelinje med både den fjerneste side af Månen og Jorden. At få satellitten ind i denne ejendommelige bane krævede omhyggelig planlægning og vedligeholdelsesstyring, og succesen med denne operation satte præcedens for fremtidige forsøg på at sætte satellitter i kredsløb omkring andre jord-måne-librationspunkter.

Fra sin stabile plads i rummet, Queqiao hjalp med at guide den bløde landing og overfladeoperationer af Chang'e-4-sonden og har været vores mellemled med den lige siden. Satellitten er udstyret med to forskellige slags antenner:En parabolantenne og flere spiralantenner. Den tidligere, som har en stor diameter på 4,2 m, blev designet til at sende og modtage signaler på X-båndet (7-8GHz) til og fra roveren og landeren på Månens overflade. Dens store størrelse er relateret til de forventede støjniveauer og den lave intensitet af de transmissioner, der sendes af overfladeudstyr.

På den anden side, spiralantennerne fungerer på S-båndet (2-4 GHz) og kommunikerer med jordstationer, videresendelse af kommandoer til månens overfladeudstyr og udveksling af telemetri og sporingsdata. Især, alle disse forskellige links kan sende og modtage samtidigt, gør Queqiao meget alsidig. Gennemgangspapiret behandler andre vigtige designovervejelser for Queqiao og fremtidige relæsatellitter, såsom brugen af ​​regenerativ videresendelse, de forskellige involverede linkdatahastigheder, og datalagringssystemer, når ingen jordstation er tilgængelig.

Over to års udforskning, en stor mængde data er modtaget fra rover og lander gennem Queqiao. "Forskere i både Kina og andre lande har udført analyser og forskning baseret på de hentede data, og de har produceret værdifulde videnskabelige resultater. Jo længere driftslevetid for Queqiao, jo flere videnskabelige resultater vil blive opnået, " bemærker Dr. Zhang. Baseret på nuværende forudsigelser, Queqiao bør kunne opereres på missionsbane i mindst fem år.

Dr. Zhang behandlede også udsigterne for fremtidige månemissioner, og hvordan relækommunikationssystemer skulle udvikle sig for at understøtte dem. Mange uudforskede områder på Månen, såsom det største krater på Sydpolen, opfordre til flere relæsatellitter for at opretholde konstante kommunikationsforbindelser, hvilket udgør en dyr og tidskrævende udfordring. Men hvad nu hvis relæsatellitter var egnede til mere end en enkelt mission? "Der bør etableres en bæredygtig kommunikations- og navigationsinfrastruktur til gavn for alle månemissioner i stedet for at håndtere hver mission uafhængigt, " kommenterer Dr. Zhang. "Denne infrastruktur bør vedtage en åben og udvidelig arkitektur og give fleksibel, interoperable, krydsstøttes, og kompatible kommunikationstjenester, som er afgørende for succesen med fremtidige måneudforskninger." Det er sandsynligt, at fremtidige bestræbelser på den anden side af Månen vil være en test af, hvor godt vi kan samarbejde om at afsløre hemmelighederne bag vores naturlige satellit.