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

為何要發(fā)射“鵲橋”

在深空探測(cè)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(shí)現(xiàn)航天器與地面的實(shí)時(shí)通信聯(lián)絡(luò)，這也是世界各國(guó)都在致力解決的關(guān)鍵核心技術(shù)。月球背面的通信問(wèn)題一直困擾著人類登陸月球背面，嫦娥四號(hào)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(hào)無(wú)法穿透的月球球體。

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中繼的方法不止一個(gè)。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(hào)著陸器的通信范圍內(nèi)，把信號(hào)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(gè)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(lái)幫忙，實(shí)現(xiàn)地球與身處月球背面的嫦娥四號(hào)之間的實(shí)時(shí)通信。”據(jù)航天科技集團(tuán)五院嫦娥四號(hào)中繼星總設(shè)計(jì)師張立華介紹，現(xiàn)有的中繼衛(wèi)星都運(yùn)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(yùn)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(gè)不被月球遮擋的適當(dāng)位置，來(lái)實(shí)現(xiàn)嫦娥四號(hào)與地球之間的數(shù)據(jù)傳輸”。

Halo軌道見(jiàn)

因?yàn)殒隙鹚奶?hào)要在月球背面靠近南極一個(gè)叫馮·卡門撞擊坑的地方軟著陸，并實(shí)施巡視勘測(cè)，所以研制人員決定把“鵲橋”架在“地月系統(tǒng)拉格朗日L2點(diǎn)”上——該位置處于地球和月球兩點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線上，且在月球一側(cè)，在此“鵲橋”可以同時(shí)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(diǎn)不動(dòng)，受月球遮擋，仍然“看不見(jiàn)”地球。為此，設(shè)計(jì)師為其設(shè)計(jì)了Z向振幅約1.3萬(wàn)千米、繞地月拉格朗日L2點(diǎn)的Halo軌道。據(jù)悉，“鵲橋”在這一軌道上做擬周期運(yùn)動(dòng)，既能“看見(jiàn)”地球，又能“看見(jiàn)”月球。

“同時(shí)，這個(gè)點(diǎn)受地月引力作用保持相對(duì)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(duì)中繼星進(jìn)行軌道控制。”張立華補(bǔ)充道。

期待太空相會(huì)

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(kāi)始了搭建地月信息聯(lián)通的航程;經(jīng)過(guò)1次中途修正，“鵲橋”于5月25日到達(dá)近月點(diǎn)，在成功實(shí)施制動(dòng)后，順利進(jìn)入由月球到地月拉格朗日L2點(diǎn)的轉(zhuǎn)移軌道;6月14日，“鵲橋”實(shí)施軌道捕獲，進(jìn)入環(huán)繞地月拉格朗日L2點(diǎn)的Halo使命軌道，陸續(xù)開(kāi)展在軌測(cè)試和中繼通信鏈路聯(lián)試，等待“嫦娥”的到來(lái)。

據(jù)悉，在浩瀚的太空中，“鵲橋”會(huì)經(jīng)歷一段沒(méi)有光照的日子。屆時(shí)，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(guò)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(yàn)，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(hào)的到來(lái)，2018年11月9日至11月23日，中國(guó)航天科技集團(tuán)五院的研制人員又對(duì)“鵲橋”進(jìn)行了一次在軌“體檢”。“‘體檢’報(bào)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(shuō)。讓我們一同期待“鵲橋”與“嫦娥”這次非比尋常的相會(huì)!

(新媒體責(zé)編：wb001)