地月空间三星星座。  中国科学院供图

近日，一项新突破在地月空间实现——由中国科学院A类战略性先导专项“地月空间DRO探索研究”部署研制的3颗卫星，在地月空间稳定建立百万公里级星间测量通信链路，点亮“地月灯塔”，标志着我国已成功构建国际首个地月空间三星星座。

其中，来自成都的中国电子科技集团公司第二十九研究所（以下简称“中国电科29所”）承担了DRO-A、B双星星间测量通信载荷研制任务，攻克相关关键技术，助力地月空间三星星座构建，对月球资源开发利用、人类地外长期驻留与跨行星活动、太阳系探索等，均有重要意义。

探索地月空间的天然太空港

多年来，地球轨道已被科学家研究得比较透彻。相比之下，由于受到地球、月亮以及太阳“三体”的引力影响，月球轨道不太稳定，对其研究较少。“开发月球需要稳定的空间，建立相应的基础设施，为载人登月及更频繁地往返地月提供更便捷、有效的条件。”专业人士说，科学家因此将目光瞄向远距离逆行轨道（DRO）。

DRO是地月空间中一类十分独特的有界周期轨道族，距离地球约31万到45万公里、距离月球约7万到10万公里，顺行绕地、逆行绕月，是地月空间的天然太空港。但由于之前建模精度不足等原因，一直没有被验证过。在研究地月空间布置设施方面，美国、日本等国积极参与，目前取得的进展相近。

“不同于别国，我国的思路是要构建起从地表到深空的基础设施。”业内人士说。2022年，A类战略性先导专项“地月空间DRO探索研究”启动实施，计划构建一个地月空间大尺度卫星星座，探索DRO的独特性质及应用价值。

建立星间链路是关键

此次三星星座中，DRO-L星于2024年2月发射，并成功进入太阳同步轨道。DRO-A星和B星于2024年3月发射，7月15日成功进入DRO任务轨道。当年8月，三星首次实现组网。

按计划，A星将长期停泊在DRO轨道，也就是靠近月球的远距逆行轨道，与L星一起，构成两个相对固定的基准。二者之间，B星飞向共振轨道，不断进行相关验证。

三颗星的相对位置实时在变，如何知道它们的确切位置？答案是：建立星间链路是系统核心。为此，中国电科29所相关团队承担了A、B双星星间测量通信载荷研制任务。

测量的难点首先在于距离远，双星间的最大距离达到150万公里；同时，双星相对运动速度很快，尤其是B星在大尺度空间中“乱跑”，这些都增加了测量难度。

为此，团队想出对策：预测位置的同时做测量。中国电科29所相关团队负责人陈林解释，这其实与做导航系统一样，由于时间乘以光速就等于距离，本质上是测量时间。因此，测得的时间越准，定位精度就越准。

为测准时间，团队运用了原子钟。这是目前测量时间最精确的工具，可以利用电子在原子内能级跃迁产生的电磁波辐射计时。“因此要让电磁波的信号准、源头准。”陈林说，电磁波的频率越高越稳定，原子钟的精度就越高，测出的时间就越准。

通过反复计算和实验，团队终于攻克了大尺度、高动态、弱信号接收处理等系列关键技术，验证了百万公里距离下的星间高精度测量通信能力。“当前的测量精度达到1米以内，并且我们是第一个从地面把这一精度测出来的。”

这并不容易。“我们起步较晚，但走得快。”从2015年起，团队开始启动相关研究。十年磨一剑，从低轨到深空，在测量通信方面打下了坚实基础。