这是因为嫦娥四号任务所使用的着陆器是嫦娥三号任务的备用机,而在嫦娥三号任务中,并没有低频射电信号探测这一目标。因此,在着陆器设计之初,并没有考虑对着陆器本身泄露出的电磁波干扰信号进行抑制处理。在着陆器上进行低频射电观测时,频谱仪会受到着陆器所泄露出的低频射电信号的干扰。就好像把录音机放在一辆车上进行录音,即使外界再安静,录音质量也会被这辆车的引擎声所干扰。
但“鹊桥”中继卫星是专门为嫦娥四号任务所设计的,考虑到低频射电信号探测这一目标,在研发中继星时就对卫星平台与载荷进行了噪声抑制与降噪处理,所以就不需要担心“鹊桥”中继星会干扰到观测设备的运行。
正是因为搭载平台上存在差异,搭载在着陆器上的低频射电频谱仪比搭载在鹊桥卫星上的观测设备多了一根天线。长天线、短天线都能清晰地收到来自着陆器的近场电磁波信号,但只有长天线能清晰地收到来自遥远天体的远场电磁波信号。通过对比两套天线所收到的信号的差异,就能把远场信号与近场信号区分开来,获得我们所需要的来自遥远天体的射电信号了。
3. 月球轨道编队超长波天文观测微卫星
对射电望远镜来说,“分辨率”(分辨两个靠近的源的能力)与“增益”(收集电磁波信号的能力)是非常重要的参数。观测的波长越短,天线的口径越大,其分辨率就越高。但对于低频射电信号来说,其波长较长,分辨率比较低。如果用“制造巨型天线”的方法去提升分辨率的话,成本将会高到难以承受。
所以,射电天文学家们想到了另一个方法:将两台使用小型天线的望远镜放在间隔N米的地方,同时进行观测,那这两台望远镜的分辨率就能媲美一台使用直径为N米的大型天线的望远镜,但制作两台小型天线的成本却比制造一台直径为N米的大型天线低了许多——这种技术被称作为:干涉测量。
既然我们可以在地球表面设置两台探测仪同时观测以提高分辨率,又能把观测设备搭载在卫星上、发射到月球轨道上躲避来自地球的低频噪声干扰,将这两种方法结合起来,就有了嫦娥四号任务中的第三套低频射电探测设备——月球轨道编队超长波天文观测微卫星。
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两颗月球轨道超长波天文观测微卫星(图片来源:[1])
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龙江二号微卫星实物(图片来源:哈尔滨工业大学)
2018年5月21日,嫦娥四号月球任务的通讯中继卫星鹊桥号与龙江一号、龙江二号同时发射升空。
如果一切顺利,两颗搭载了低频射电探测仪的微卫星将在绕月轨道上进行编队飞行,并随时修改基线的方向与长度,具有比固定在地面上靠地球自转来改变基线的干涉测量系统更灵活的基线变化能力,可以等效成多单元的干涉成像系统。想要实现这样的变基线能力,对双星间的时间、频率同步提出了很高的要求。
可惜的是,龙江一号因故突然失联。经过飞控团队的努力,才实现了“龙江二号”的在轨抢救成功。由于“龙江一号”的缺席,低频射电信号的双星编队干涉测量却无法进行了。
但幸运的是,处于绕月轨道上的“龙江二号”还有一个得天独厚的优势。
由于“鹊桥”中继星需要与地球通信,搭载在中继星上的低频射电探测仪并不能完全避免来自地球的低频射电干扰。而着陆器位于月背,搭载在着陆器上的低频射电频谱仪在享受月背宁静的电磁环境的同时,也完全无法收到来自地球的低频信号。