哈工大真牛！“流浪地球”拜年照！英媒称“龙江二号”拍下最棒地月合影！

英媒称，中国的卫星拍出了可能是迄今为止最棒的地球和月球合影。

据英国《独立报》2月6日报道，这张照片展示了月球的“黑暗面”——从地球上基本看不到的月球背面，因为月球一直只有一面朝向地球。照片背景里还能看到地球，因为拍照的卫星距离月球更近，照片上的地球显得小小的。

▲“龙江二号”拍下的“完美”月地同框照（德温厄洛射电望远镜推特）

报道称，能够照出这张照片是因为中国的“龙江二号”卫星正在绕月飞行。这颗卫星2018年6月（5月22日，小编注）进入绕月飞行轨道，是跟随“鹊桥”中继星一起发射的。“鹊桥”正在忙碌工作，帮助工程师与正在月球背面探测的嫦娥四号着陆器进行沟通。

2月5日晚，参与探月工程任务的哈工大微卫星团队成员、微卫星星务系统主任设计师邱实，与国家探月工程团队一起参加湖南卫视“四海同春”2019年全球华侨华人春节大联欢电视晚会。

他们向全国观众和全球华人展示新时代中国航天人和科学家风采，向世界讲述中国探月故事，为全球华侨华人送上新春祝福。

月掩地球动图

哈工大微卫星团队自主研制的“龙江二号”于2018年5月21日随“鹊桥”中继星一同发射，5月25日22时，顺利进入环月轨道，成为世界上首个独立完成地月转移、近月制动、环月飞行的微卫星。

大年三十从月球轨道发来的祝福~

哈工大也因此成为世界上首个将航天器送入月球轨道的高校。哈工大微卫星团队入选国防科技工业2018年十大创新人物（团队）。

探月微卫星研制现场

“龙江二号”搭载了两个载荷：中科院空间中心研制的超长波射电干涉仪和沙特阿拉伯阿卜杜勒阿齐兹国王科技城研制的月球小型光学成像探测仪（光学相机）。超长波射电干涉仪用于世界上首次空间分布式超长波干涉测量技术验证，其主要目标是利用月球对地球射频干扰的天然干扰，对月球轨道不同位置的辐射谱进行探测，对月球遮挡地球射频干扰的效果进行验证，并将开展各类掩月探测实验，对有效载荷关键技术进行充分验证。中沙双方共享月球小型光学成像探测仪数据，联合进行成果发布。

发射升空

哈工大微卫星团队所在的卫星技术研究所，是哈工大航空宇航科学与技术学科的支撑单位之一，是我国微小卫星领域基础理论研究、新技术研发、工程型号研制和高层次人才培养的重要基地，荣获教育部创新团队、国防科技创新团队和科技部重点领域创新团队、国家“863”计划先进集体、总装备部国防预先研究先进集体、全国总工会“工人先锋号”、“黄大年式教师团队”等称号，荣获国家技术发明奖二等奖2项、国家科技进步奖二等奖1项，入选2013年度国防科技工业十大新闻，3次入选中国高校十大科技进展。

哈工大微卫星拍摄的地月合照

哈工大微卫星拍摄的月球背面影像

月面动图

1958年至今，全球发射了134个月球探测器，美国的阿波罗15号和阿波罗16号飞船、日本的“月亮女神号”都携带过微卫星至月球轨道，但只有单星质量47千克的“龙江二号”，在全世界首次独立完成了微卫星地月转移、近月制动和环月飞行。

此前为了不干扰嫦娥四号在月球降落的行动，“龙江二号”有一段时间处于无线电静默状态，现在“龙江二号”又开始工作。这让科研人员有机会拍摄更多月球和地球的照片。

新照片就是此类工作的一部分，位于荷兰的德温厄洛射电望远镜向卫星发送指令，成功拍摄并接收了这张照片。

报道称，虽然很可能不是最后一次，但这张照片可能是“龙江二号”迄今为止最棒的地球和月球的同框照片。

近乎空白的超长波天文观测

天文观测始于可见光，但人类认识到光其实是一种电磁波后，就开始尝试在电磁波的不同频段进行天文观测。每开辟一个新的频段，人们往往会发现一些全新的天体或天文现象。比如，在无线电波段（天文上习惯称射电波段）的银河系宇宙线电子同步辐射、类星体（超大质量黑洞）、脉冲星、宇宙微波背景辐射等，在X-射线波段的X-射线双星，在伽玛射线波段的伽玛暴等。因此，天文学家们非常希望能系统地观测电磁频谱的所有不同部分。

大气对电磁频谱的吸收

然而，还有一个波段迄今仍几乎空白，这就是频率为30MHz以下的超长波波段。其实，这一波段对射电天文学家也不是完全陌生，人类首次观测到天体射电信号就是上世纪30年代贝尔实验室的工程师央斯基(Karl Jansky)在这一频段测试通讯噪声时意外发现的。但是，地球大气的电离层会吸收频率较低的无线电波，即使没有被吸收的部分也受到强烈的折射，使信号随着电离层的湍流剧烈变化而难以观测。再加上自无线电发明以来人们就利用这些较低的频率开展了广播、通讯等业务，有许多人工干扰电波，因此在这一频道进行天文观测就非常困难。所以，射电天文学家们的绝大部分观测都是在更高的频率上进行，这最初发现天体射电的频段反而留下了一片空白。

按照无线电通讯的习惯，3-30MHz被划分为高频，0.3-3MHz被划分为中频，使用收音机收听调幅（AM)广播的话，它们也被称为短波和中波。不过在天文上这一频段算是极低的频率，频率越低，波长越长，因此我们称其为超长波。

在空间开展超长波天文观测可以避免电离层的影响。不过在地球附近，这种观测仍会受到地球电磁波的强烈干扰，而月球可以挡住地球的电磁波，因此月球的背面提供了进行这种观测的绝佳环境。龙江一号和龙江二号微卫星将环绕月球飞行，当它们飞到月球背面时，就开机进行观测，并将数据记录下来；当飞到月球正面时, 再将数据传回地球。这为探测超长波提供了绝佳的机会。

世界首次空间干涉观测

每颗龙江微卫星可以单独进行超长波观测。每颗微卫星上配有两套天线，每套均由三根互相垂直的鞭状天线组成，可以同时测量不同偏振的电波。这些天线每根长1米，发射前像卷尺一样收拢起来，卫星进入正常轨道后，地面发出指令，展开这些天线。电波被天线收到后，经过接收机的放大处理后转换成数字信号，形成每一时刻电磁辐射的频谱并记录下来。

龙江计划观测的电波的最短波长是10米，最长波长是300米，而龙江微卫星的天线长度远远短于观测的波长。其结果是天线的方向性很弱，难以区分电波来自什么方向。如何能够提高分辨率，确定电波的方向呢？ 实际上，这有点类似我们的耳朵：如果我们塞住一只耳朵而只用一只耳朵听声音的话，不太容易区分声音传来的方向，但如果用两只耳朵的话就比较容易知道声音传来的方向，这主要是因为声波传到两只耳朵的时间稍有不同，我们的大脑可以自动判别出来声音方向。

两颗龙江微卫星在空中飞行（示意图）

同样的，射电天文上使用干涉仪，将两个单元受到的信号做互相关，据此求出信号的到达时间差，从而定出来波的方向。如果使用多台天线构成干涉阵列，可以综合它们的测量得到天空的图像。这就是综合孔径成像方法。这一方法早已在射电天文上使用，其发明者赖尔(Martin Ryle) 曾因此获得诺贝尔物理学奖。

龙江一号号和龙江二号将尝试首次开展空间干涉观测。为此，两颗微卫星将沿着同一轨道一前一后绕月飞行，距离一般在1~10公里间。在绕到月球正面时，它们将观测数据发送到地面，并利用这一微波系统实现两星的测距和时间频率同步。另外，B星上装有LED灯，A星上则配有测角相机，用于测定相对方位。

环月超长波天文观测的第一步

不过，由于这次的龙江卫星仅仅是“蹭车”——搭载实验，每颗卫星只有46kg，而这其中很大一部分还是用于使卫星减速进入月球轨道的推进剂，所以能搭载的仪器很有限。而且由于推进剂有限，卫星轨道也比较粗放，难以经过精细调节进入离月球面比较近的圆形轨道，而是一条大椭圆轨道。轨道近地点距离月球大约三百公里，远地点约九千公里，绕月一周所花的时间是大约13小时。

另一方面，由于总重量有限，卫星上的太阳能电池就比较小。电力的限制，使龙江在每一圈绕转中，只有大约10分钟可用于观测，20分钟用于数据传输。因此，龙江卫星的观测方式是，当它飞到月球背面、到了预定观测的时刻，就开机进行10分钟观测后关机。然后，当它飞到月球正面时，到了预定通讯的时刻，再开机20分钟将数据传回地球，其余的时间都用于充电。此外，月球与地球间距离遥远，星上的小天线发射功率又不大，因此数据传输率也比较低，只能把很少一部分数据传回地球。

由于这些原因，龙江微卫星对超长波天空的观测应该说还是比较初步的，主要是一种技术验证，为将来更大规模、专用的超长波观测阵列做好准备。但无论如何，这迈开了环月超长波天文观测的第一步，我们对龙江充满期待！