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5月21日5時28分，我國嫦娥四號中繼通信衛(wèi)星“鵲橋號”和搭載的兩顆微衛(wèi)星(龍江一號、二號)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空。“鵲橋號”將飛過月球，Z終到達地月拉格朗日L2點，Z遠距離地球約46萬公里。龍江一號、二號攜帶超長波干涉儀有效載荷，將在世界上實現(xiàn)空間超長波雙星干涉測量。哈爾濱工業(yè)大學是龍江一號、二號衛(wèi)星的總體單位，中國科學院國家空間科學中心是科學任務的提出單位和有效載荷研制及數(shù)據(jù)處理的承擔單位，中科院國家天文臺月球與深空數(shù)據(jù)接收站負責數(shù)據(jù)接收。

 
超長波干涉儀有效載荷正樣產(chǎn)品
 
龍江一號、二號與火箭分離后將各自飛往月球，運行在近月點約300km，遠月點約9000km的大橢圓軌道上。它們之間的距離將在1km到10km之間變化，編隊飛行。超長波干涉儀的工作頻段為1MHz～30MHz。該頻段在無線電通信中稱為短波，是短波無線電通信和廣播，以及業(yè)余無線電愛好者的主要工作頻段。但在天文觀測中，這個波段屬于超長波，由于電離層的反射，以及大量自然(如閃電)和人為信號的干擾，在地面上無法用這個波段實施天文觀測。即使將探測儀放到電離層之外的地球軌道衛(wèi)星上，距離地球干擾信號源也仍然很近，來自宇宙的背景射電輻射信號仍將被淹沒在大量噪聲之中。因此，Z適合這個頻段觀測的軌道是月球軌道，且當衛(wèi)星運行到月球背面區(qū)域時。
 
因此，超長波干涉儀將在月球背面進行觀測，并通過兩個微衛(wèi)星在上開展超長波頻段的干涉實驗。實驗中，將變化兩個微衛(wèi)星之間的距離，以獲得不同干涉基線的觀測數(shù)據(jù)。由于兩個微衛(wèi)星的編隊圍繞月球軌道旋轉(zhuǎn)，其基線的方向也逐漸變化，在月球背面將獲得基線旋轉(zhuǎn)180度的效果。更進一步，伴隨著地區(qū)/月球系統(tǒng)圍繞太陽旋轉(zhuǎn)以及軌道面的進動，實驗系統(tǒng)將獲得各個方向和長度的基線測量結(jié)果，經(jīng)過圖像處理實現(xiàn)全天圖下的超低頻干涉測量結(jié)果。
 
超長波干涉儀由可展開三正交偶極子天線、高穩(wěn)定接收機、數(shù)字處理單元以及星間通信、測距和時鐘同步一體化單元組成。其中，天線為空間中心和波蘭科學院合作研制，高穩(wěn)定接收機、數(shù)字處理單元以及星間通信、測距和時鐘同步一體化單元由空間中心研制。
 
對于任何目標的圖像，干涉測量的原理是在圖像的傅里葉變換域(空間頻率域)采樣。一旦按照Z小采樣間隔實施的測量點覆蓋了全部空間頻率域，就可通過做一次反傅里葉變換，獲得真實的目標圖像。采用干涉測量在技術(shù)上的好處是，對固定不變的目標，可以分時進行干涉測量，這樣就避免了采用直接成像時需要巨大孔徑天線在技術(shù)和可行性上的挑戰(zhàn)。
 
龍江一號、二號任務，正是基于上述原理，在兩顆微衛(wèi)星上分別攜帶了一臺超長波射電干涉儀，在空間形成一個可變基線的二元干涉儀系統(tǒng)，通過兩顆微衛(wèi)星的相對運動，分時采樣形成空間頻率域各種長度和方向的干涉基線。這次實驗的成功將為下一步采用多個微衛(wèi)星，效率更高的編隊方案，更短的時間內(nèi)完成采樣覆蓋，獲得全天超長波背景圖奠定堅實的技術(shù)基礎。
 
科學背景
 
獲得超長波宇宙背景輻射的分布，甚至是小區(qū)域的輻射分布，在科學上意義都十分重大，是宇宙形成和演化研究領(lǐng)域的重大前沿。宇宙從大爆炸瞬間到*代恒星、星系形成之間有一段黑暗的時代。這是因為在這段時間里，宇宙中到處分布的只有中性的氫原子，不發(fā)光，這一時期大致延續(xù)了幾十萬到數(shù)億年的時間。1944年，荷蘭天文學家范德胡斯特首先提出可以在銀河系中可以觀測到星際氫原子的21厘米波長譜線。其機理是圍繞氫原子旋轉(zhuǎn)的那個電子會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向的跳變，比如從左旋變?yōu)橛倚殡S著這個跳變輻射出一個1.42GHz(波長為21厘米)的射電脈沖。后來他在一段充滿中型氫的封閉波導中測到了這個輻射?？梢韵胂?，如果宇宙中充滿了大量的中性氫，那么當時一定會有其中許多向外輻射1.42GHz的電磁波。也就是說黑暗時代是相對可見光而言，對射電波段并不黑暗。經(jīng)過137億年的演化，這個大爆炸之后產(chǎn)生的中性氫輻射源已經(jīng)彌漫在整個宇宙之中，并隨著宇宙的逐漸膨脹，以高速相互遠離而去。當時的1.42GHz的射電頻率經(jīng)過多普勒效應，已經(jīng)降低為1MHz～30MHz頻段。如果能夠在這個頻段對宇宙進行觀測，我們就可以補齊宇宙演化過程中Z后一個沒有被觀測過的階段的圖譜，進而更深刻地理解從中性氫到*代恒星出現(xiàn)，宇宙是怎么分布和演化的，回答許多現(xiàn)在還不知道的，僅僅是猜想的科學問題。
 
(原文標題：月球軌道超長波射電干涉儀任務發(fā)射成功)
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