人民網北京5月21日電“嫦娥奔月”這一家喻戶曉的神話故事，講述著中華民族千百年來好奇宇宙、探索月球的美好夙願。2013年底，“嫦娥三號”成功實現了在月球正面的軟著陸並完成了巡視探測任務，樹立了中國探月史上的一座豐碑。這一成功，進一步激發了我國對月球背面開展科學探測和登陸巡視的信心。2015年11月30日，探月工程重大專項領導小組批准嫦娥四號任務組織實施，標誌著月球背面登陸探測的正式開始。2018年5月21日，由中國航天科技集團研製的嫦娥四號中繼星“鵲橋”在西昌衛星發射中心成功發射，邁出了我國月球背面登陸的關鍵一步。
神秘的月球“背面”
眾所周知，宇宙中的天體都處於自轉的狀態，月球也不例外。然而，月球在自轉的同時，也在圍繞著地球公轉，這兩種運動恰好達到了一種平衡，導致了月球永遠都只有一面面向地球，而另一面則永遠處於背向地球的陰影中。因此，月球“背面”探測成為航天事業中的一個熱點和難點。美國、歐洲各國等都提出過探測月球背面的計劃，但由於種種原因，最終都未能實施。目前，人類還沒有探測器到達神秘的月球背面。
為什麼要研製發射中繼星“鵲橋”？
月球背面登陸探測面臨著一個很大的難題，那就是由於月球本身的遮擋，運行到月球背面的著陸器和巡視器無法與地球之間進行通信，可謂是“兩眼一抹黑”。因此，如何解決著陸器和巡視器在月球背面時與地球之間的通信就成為進行月球背面登陸探測的關鍵難題。
“鵲橋”的本質是一顆地月中繼通信衛星。通過發射中繼星“鵲橋”，可以以“鵲橋”為通信中繼點，從而繞過月球實現著陸器和巡視器與地面之間的通信。正因如此，中繼星“鵲橋”與地球和月球背面之間都必須無遮擋，這對“鵲橋”的運行軌道設定了較高的要求。
“鵲橋”的運行軌道是怎樣的？
每一顆衛星在宇宙中都有自己的運行軌道，例如地球同步軌道、太陽同步軌道等，中繼星“鵲橋”也不例外。“鵲橋”的運行軌道為繞地月L2平動點的Halo軌道。這一運行軌道具有長期與月球背面可見、地球方地面站對中繼星跟蹤弧段長、軌道維持代價較小等優點。
所謂“地月L2平動點”，也稱作地月拉格朗日點，是指在地球和月球這一二體旋轉系統中的引力動平衡點。根據研究，在地月二體旋轉系統中共存在五個平動點，運行於這五個平動點的探測器可以以較低的消耗維持與地月二體旋轉系統幾何構型不變。其中L2平動點處於月球背面的地月延長線上，可實現地球與月球背面的中繼通信功能。
至於Halo軌道，則是由美國人Farquhar在1967年提出的概念，根據Farquhar的構想，如果在這一軌道上放置一顆中繼通信衛星，可以為月球背面著陸的探測器提供通信中繼服務。基於這一構想，美國NASA航天局曾計劃在阿波羅17號任務中進行實施，但最終由於風險較大等原因而放棄。
“鵲橋”是如何實現中繼通信功能的？
中繼星“鵲橋”由平臺系統和載荷系統兩部分組成，裝載有傘狀拋物面天線、測控天線和數傳天線三類低頻射電天線。其中，傘狀天線展開直徑可達近5米，是人類深空探測任務史上最大口徑的通信天線。
中繼星“鵲橋”採用對地鏈路統一，對月鏈路獨立的設計方式。針對地面發送的中繼星及月球探測器上行指令與數據，統一使用一條鏈路；中繼星與月球探測器的下傳數據統一使用一條鏈路。中繼星向月球探測器轉發指令和數據分別使用一條獨立鏈路，接收月球探測器數據時也分別使用一條獨立鏈路。
“鵲橋”的成功發射具有哪些重要意義？
中繼星“鵲橋”是中國航天科技集團自主研發的地月中繼通信衛星，同時也是人類歷史上第一顆地球軌道外專用中繼通信衛星，也是第一顆在地月L2平動點上採用Halo軌道的衛星。“鵲橋”的成功發射，標誌著我國率先掌握了地月中繼通信技術，這是我國在月球探測領域取得的新突破。
此外，中繼星“鵲橋”的成功發射，為後續嫦娥四號成功著陸月球背面開展探測任務奠定了關鍵性的基礎，為嫦娥四號探月工程的圓滿完成提供了有力保障。
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