2018年12月8日凌晨2時23分，嫦娥四號月球探測器如期升空，開啟了人類首次月背探索之旅。而早在6個月前，由中國航天科技集團五院抓總研制的嫦娥四號中繼星——“鵲橋”就已經(jīng)跨越幾十萬公里，在深空中心心念念地等待著嫦娥四號的到來。

為何要發(fā)射“鵲橋”

在深空探測任務(wù)中，難度最大的就是如何確保遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信鏈路的可靠建立，從而實現(xiàn)航天器與地面的實時通信聯(lián)絡(luò)，這也是世界各國都在致力解決的關(guān)鍵核心技術(shù)。月球背面的通信問題一直困擾著人類登陸月球背面，嫦娥四號要到月球背面“安家落戶”，不僅要面臨遙遠(yuǎn)的地月距離，還要隔著通信信號無法穿透的月球球體。

實現(xiàn)數(shù)據(jù)中繼的方法不止一個。例如，可以發(fā)射很多顆中繼通信衛(wèi)星繞著月球轉(zhuǎn)，保證始終至少有一顆能夠繞到月球背面嫦娥四號著陸器的通信范圍內(nèi)，把信號傳到地球。由于需要研制并發(fā)射多顆通信衛(wèi)星，因此，這一方法雖然可行但成本比較高。

“還有一個同樣有效卻可以降低成本的方案，即用一顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星來幫忙，實現(xiàn)地球與身處月球背面的嫦娥四號之間的實時通信。”據(jù)航天科技集團五院嫦娥四號中繼星總設(shè)計師張立華介紹，現(xiàn)有的中繼衛(wèi)星都運行在地球同步軌道上，夠不到月球背面，只能為在近地空間運行的航天器提供中繼服務(wù)，因此“必須發(fā)射‘鵲橋’，把它放在一個不被月球遮擋的適當(dāng)位置，來實現(xiàn)嫦娥四號與地球之間的數(shù)據(jù)傳輸”。

Halo軌道見

因為嫦娥四號要在月球背面靠近南極一個叫馮·卡門撞擊坑的地方軟著陸，并實施巡視勘測，所以研制人員決定把“鵲橋”架在“地月系統(tǒng)拉格朗日L2點”上——該位置處于地球和月球兩點連線的延長線上，且在月球一側(cè)，在此“鵲橋”可以同時與地球和月球背面進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換，完成“中繼”任務(wù)。

當(dāng)然，如果中繼星“守”在地月拉格朗日L2點不動，受月球遮擋，仍然“看不見”地球。為此，設(shè)計師為其設(shè)計了Z向振幅約1.3萬千米、繞地月拉格朗日L2點的Halo軌道。據(jù)悉，“鵲橋”在這一軌道上做擬周期運動，既能“看見”地球，又能“看見”月球。

“同時，這個點受地月引力作用保持相對穩(wěn)定平衡的狀態(tài)，可以最大限度地節(jié)省衛(wèi)星的燃料，有利于保證對中繼星進(jìn)行軌道控制。”張立華補充道。

期待太空相會

2018年5月21日，肩負(fù)“中繼”重任的“鵲橋”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心奔赴太空，進(jìn)入預(yù)定地月轉(zhuǎn)移軌道，開始了搭建地月信息聯(lián)通的航程;經(jīng)過1次中途修正，“鵲橋”于5月25日到達(dá)近月點，在成功實施制動后，順利進(jìn)入由月球到地月拉格朗日L2點的轉(zhuǎn)移軌道;6月14日，“鵲橋”實施軌道捕獲，進(jìn)入環(huán)繞地月拉格朗日L2點的Halo使命軌道，陸續(xù)開展在軌測試和中繼通信鏈路聯(lián)試，等待“嫦娥”的到來。

據(jù)悉，在浩瀚的太空中，“鵲橋”會經(jīng)歷一段沒有光照的日子。屆時，陰影區(qū)的溫度為零下200攝氏度左右，最冷的地方將達(dá)到零下230攝氏度。因此，研制過程中，科研人員除了采用特殊的材料外，還進(jìn)行了大量極端環(huán)境試驗，以避免“鵲橋”在如此嚴(yán)酷的環(huán)境下被“凍壞”。

為了迎接嫦娥四號的到來，2018年11月9日至11月23日，中國航天科技集團五院的研制人員又對“鵲橋”進(jìn)行了一次在軌“體檢”。“‘體檢’報告顯示，我們的‘鵲橋’非常健康。它將在使命軌道上繼續(xù)‘遨游’，靜待‘嫦娥’。”張立華打趣地說。讓我們一同期待“鵲橋”與“嫦娥”這次非比尋常的相會!

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