有了這條"天路" 不用擔心落在月球背面嫦娥四號失聯

　　來源：上觀新聞

　　「嫦娥」未動，「鵲橋」先飛。2018年5月21日一早，備受矚目的嫦娥四號中繼衛星「鵲橋」在西昌衛星發射中心成功升空，並進入近地點高度200公里，遠地點高度40萬公里的預定地月轉移軌道。後續，「鵲橋」經中途修正、近月制動和月球借力，並完成L2點捕獲、軌道修正後，將最終進入環繞地月拉格朗日L2點的使命軌道。

　　「鵲橋」是世界首顆運行於地月拉格朗日L2點的通信衛星。為何要發射發射這樣一顆中繼衛星，並將其定點於L2點？它將給年底發射的嫦娥四號探月衛星起到怎樣的作用？

　　完成月球背面著陸壯舉

　　從「鵲橋」的學名「嫦娥四號中繼衛星」，就可得知，其發射起源於嫦娥四號探月任務。那麼先來說說嫦娥四號。

　　嫦娥四號是嫦娥三號的備份，兩者設計得幾乎一模一樣。嫦娥三號於2013年發射升空後，成功地將登月探測器降落在月球表面，並且釋放出玉兔月球車，圓滿完成了「觀天、看地、測月」的科學探測和其它預定任務。因此，如何確定嫦娥四號的任務目標就顯得非常重要。

　　此前，航天專家葉培建表示，我國從無人探月到載人登月要結合起來，現在無人探月的技術還不能夠支撐載人登月，而載人登月的技術缺乏一些基礎準備，兩者必須要結合起來。他認為探月將來還有很多事要做，這就帶來一個問題：嫦娥三號的備份嫦娥四號將來幹什麼？據透露，相關部門曾用兩年時間論證，核心是嫦娥四號要落在月球正面還是背面？很多人都認為要落到月球正面，比較牢靠；還有一種觀點認為，我國之前已經落到過正面了，再去落一次意義不大。

　　最終，國防科工局綜合考慮國際前沿、科學價值、經濟和技術可行性等因素，確定了月球背面軟著陸和巡視勘察的總體方案。

　　作為地球人心目中的神秘地帶，月球背面長久以來備受矚目。這裡永遠背對地球，難以直接觀測，也因此在人們的幻想中成為了各式外星傳說上演的熱門區域。儘管冷戰年代前蘇聯探月任務已經首次成功拍攝到月球背面圖像，但這場人類第一次探月高潮卻未能觸及人造探測器在月球背面的著陸。

　　如今，嫦娥四號將完成這一歷史壯舉。

　　定位L2點有何講究

　　人類首次月球背面著陸探測的重任落在了嫦娥四號身上，但問題也隨之而來。到月球背面並不容易，其中一大難題就是通信。

　　由於被地球潮汐鎖定，月球只能永遠以同一面朝向地球。人類在地球上不僅從未見過月球背面，通信信號也會被阻隔。如何解決通信難題呢？專家論證，最好的辦法就是在地月拉格朗日L2點布置一顆中繼衛星，既能看到月球背面，也能看到地球，可以提供嫦娥四號軟著陸及月面工作期間，地面給予的測控支持。

　　地月拉格朗日L2點到月球的平均距離約為6.5萬公里，距地球40多萬公里。將鵲橋定位於L2點有何講究？

　　眾所周知，自從牛頓提出萬有引力定律以來，人們將其運用於計算太陽系中天體的位置。但是萬有引力定律描述的都是兩個天體之間的關係，在只有兩個天體的情況下，用牛頓理論可以很容易地得到天體的運行軌道，但是三個天體之間的作用力關係非常複雜以至於難以求解，稱為三體問題。瑞士科學家歐拉和法國科學家拉格朗日針對三體問題，求解出了五個特殊解，即L1-L5點，也稱為拉格朗日點。由於其特殊的空間位置和動力學特性，拉格朗日點成為開展空間探測的最佳位置。

　　簡單來說，在地月L2點軌道具有以下優點：一是在此處地球和月球的引力之和使得中繼星與月球同步繞地球運行，因此中繼星能夠連續對地球和對月球背面同時可見，提供全時段中繼服務；二是光照條件好，航天器很少被地球或月球遮擋；三是此處受地球和月球的影響小，中繼星長期運行所需軌道維持量較小，說白了就是節省燃料。

　　按照計劃，今天升空並將在後續經過約4-5天的飛行後，「鵲橋」將到達距離月面高度約100公里的近月點。經過近月制動後，在約21天的時間內，「鵲橋」將進行2次中途修正和3次捕獲控制，進入Z向振幅約1.3萬公里繞地月L2點的Halo軌道。

　　可在零下200℃「死而復活」

　　根據設計，「鵲橋」衛星將在L2點做擬周期運動，通過定期軌控保持軌道的穩定性。由於地月距離是變化的，L2點距離月球的距離也是變化的，通過對使命軌道的設計，「鵲橋」與月球的距離不大於8萬公里，可實現對著陸器和巡視器的中繼通信覆蓋。

　　地月連線的「天路」鋪設好後，要確保遠距離數據通信的暢通，就要看中繼衛星「鵲橋」自身的本領了。

　　中繼星基於CAST100衛星平台設計，發射質量約為448公斤，工作壽命不小於3年。據「鵲橋」的製造者中國空間技術研究院介紹，為了實現和保障「鵲橋」中繼功能的順利實現，研製人員給它配備了多副天線。其中，大口徑傘狀天線是最關鍵的一副，它直接指向月球，將與今年底發射的嫦娥四號探測器對接，不僅要將地面的測控指令說給探測器聽，還要聽清楚探測器給中繼星說了什麼。

　　傘天線，顧名思義，像一把傘一樣，在中繼星與火箭分離一段時間後，這把「傘」就打開了，這把「傘」在太空中需要經歷嚴酷的考驗。「鵲橋」在浩瀚的太空中還會經歷一段沒有光照的陰影區，陰影區的溫度是-200℃左右，最冷的地方將達到-230℃，在如此嚴寒下，傘天線全身都會被「凍僵」。為了讓它從「凍僵」的狀態中恢復過來，設計師們做了包括力學、熱學等不計其數的試驗，可有效保障傘天線能夠克服嚴酷環境。

　　「鵲橋」，源於牛郎織女的民間傳說，每年七夕各地喜鵲都會在銀河上架起橋樑，供他們相聚。如今，我國的航天設計師把傳說變為現實，在人類探索宇宙的征程上又邁出重要一步。按照計劃，「鵲橋」將在今年年底等待前來月球背面執行探測任務的嫦娥四號著陸器和巡視器。屆時，「鵲橋」將正式提供中繼通信服務，為地球和月球搭建一條跨越40多萬公里的通信「橋樑」。

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