我国建成国际首个月球轨道VLBI系统 实现深空探测突破

我国科研团队成功构建国际上首个月球轨道VLBI系统,并在月-地长基线上检测到天体射电辐射与航天器信号的干涉条纹。

该系统所有在轨设备运行状态良好,性能指标全面满足设计要求,为超高分辨率射电天文学和精确航天器跟踪开辟了新路径。相关成果已在学术期刊《中国科学:物理学力学天文学》英文版在线发表。

LOVEX 是中国月球探测工程嫦娥七号的一个科学组成部分,充分利用嫦娥七号鹊桥二号中继星平台及其相关设备,在鹊桥二号搭载 VLBI 专用设备,建立国际上首个月球轨道 VLBI 系统。该系统与地面 VLBI 台站联合观测,构成月地基线空间 VLBI 网,具有 38 万千米超长基线和超高空间分辨率,可开展深空探测器精密测定轨和重大科学意义的天文观测研究。

VLBI 专用载荷设备由上海天文台牵头负责,联合国内多家航天电子技术单位共同完成研制。主要设备包括 X 波段低温接收机及制冷机控制单元、被动氢原子钟、变频和数据采集后端、VLBI 馈源、波束波段及电缆组件等。鹊桥二号中继星于 2024 年 3 月 20 日发射,并成功进入椭圆环月轨道,目前运行于近月点 300 公里、远月点 16 万公里的稳定轨道。VLBI 设备经过单机测试,各项指标满足要求。

LOVEX 首次 VLBI 实验观测天体为类星体 AO 0235+164,该目标源是已知明亮的耀变体,具有强烈的射电辐射和极端亮温度,位于月球轨道平面附近,月地投影基线变化较大,是验证 LOVEX 探测极限的理想目标。

LOVEX 联合上海天马、昆明、南山等地面望远镜于 2024 年 10 月 18 日首次在 0.37 倍地球直径的投影基线上探测到该源的干涉条纹。2025 年 1 月 23 日,在 5.5 倍地球直径基线上实现 512MHz 全带宽观测,数据质量显著提升,验证了 LOVEX 具有探测亚毫角秒尺度结构的能力。

LOVEX 还成功应用于深空探测领域,对地月 L2 点的嫦娥六号轨道器进行了精密定轨,展示了该系统在前沿天文研究与我国深空探测能力的双重价值,体现了我国在空间科学仪器研发和天文观测技术的创新能力。

LOVEX 是第一个由一个国家独立完成的空间 VLBI 系统。其成功检测到天体射电辐射和航天器信号在月-地基线的干涉条纹,显示系统各项设备运行正常,各项性能和指标满足要求,整个系统具备实际应用能力。

LOVEX 是世界上第四个运行的空间 VLBI 项目,具备多项创新特点:最长的干涉基线,达到约 38 万千米;在所有空间 VLBI 系统中,观测带宽最宽(512MHz),数据速率最高(2Gbps);工作在 X 波段(深空通信频段),实现空间-地球基线上首次对深空探测器的 VLBI 测量试验;在太空任务环境中首次实现对原始 VLBI 数据的机载存储;首次将高精度被动氢原子钟用于 SVLBI。

随着数据收集的继续和科学分析的进展,LOVEX 有望提供对天文环境的深入了解,并为未来深空探测能力的提升作出更大贡献。

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