发射成功！一文带你了解鹊桥二号月球中继星

2024年3月20日，伴随着长征八号遥三运载火箭的升空，鹊桥二号卫星踏上了前往地月转移轨道的旅程。

进入月球轨道后，它将自主调整至最终的预定运行轨道，正式开启它的太空使命。作为探月工程四期的中继星，鹊桥二号不仅要为今年即将发射的嫦娥六号月球探测任务提供与地面通信服务的重任，同时也肩负着许多其他重要使命。下面就请跟随我们的步伐，一起来全面了解鹊桥二号这位星际使者吧。

1、中继卫星是什么？为什么它是必需的？

什么是中继星呢？中继星其实就是一种特殊的通信卫星，也叫“卫星的卫星”，其中运行在地球静止轨道的中继星用于使地面与中低轨道航天器一直保持双向通信。那么，在完成月球探测任务时，为什么我们不让落在月球背面的探测器直接和地面飞行控制中心通信，而是要先发射一颗月球中继星呢？

月球，地球的忠实伴侣，已在太空中与地球共舞超过40亿年。这一长久的相伴孕育了一种独特的现象——潮汐锁定。

地球的引力如同无形的纽带，逐渐使月球的自转与公转同步，使得月球始终以同一面朝向地球，守护着地球的夜空。朝向地球的一面被我们称为月球的正面，这也是为什么我们在月圆之夜看到的月球面貌总是差不多的原因。而永远不会朝向地球的那一面，就是月球的背面。在人类的探测器飞向月球之前，人类从没有观测过月球背面。即便后来陆续有绕月探测器为我们传回了月球背面的丰富资料，但是要想实现月球背面的软着陆和巡视勘察，则必须先解决通信问题，否则无法对在月背着陆或巡视的探测器进行测控通信、传回科学数据。

2、 “鹊桥”月球中继星第一次登场——嫦娥四号任务

2018年，嫦娥探月工程迎来了历史性的突破，嫦娥四号肩负着前所未有的使命——实现月球背面的首次软着陆及巡视勘察。

对于绕地飞行的人造卫星来说，卫星通信算不上是难题，但是对于落在月球背面的探测器来说，直接通信是完全不可能实现的，因为在地球或地球轨道上用于永远看不到月球背面。

2018年以前，尚无人类探测器“脚踏实地”真正触及月球背面这一神秘领域。为了测量、控制在月球背面着陆的探测器，以及接收探测器传回的科学数据，科学家和工程师需要先解决一个问题，就是地面飞行控制中心、地球接收站如何与在月球背面着陆的探测器进行通信。

为此，在嫦娥四号探测器发射之前，我国在2018年5月21日先发射了“鹊桥”月球中继卫星，它的作用就是在月球背面和地球之间搭建一个“信号中转站”，将月球背面发射出来的信号通过“鹊桥”的天线收集起来后再发射给地球，或反之，从而可实现地月之间的信号传输。

3、“鹊桥”仍在服役，为什么要发射鹊桥二号？

“鹊桥”的运行轨道也不寻常，它并没有围绕月球旋转，而是围绕月球外侧一个特殊的点——地月拉格朗日2点——来运行的。这条轨道是经过精心选择的，它不仅确保了“鹊桥”能够以很小的能源消耗稳定运行，还使得“鹊桥”能够持续地同时观测月球背面与地球，从而确保了通信信号的连续性和可靠性。正是这种连接天地的通信能力，让我们以中国神话中牛郎织女相会时喜鹊搭建的桥梁为灵感，赋予了这颗月球中继星“鹊桥”这一富有诗意的名字。

尽管“鹊桥”卫星的设计寿命为五年，它至今仍在超期服役，持续为嫦娥四号的探测任务提供通信支持。随着我国探月工程第四期的准备工作逐步开展，“鹊桥”显然无法满足接下来探月工程的任务需求，所以要发射鹊桥二号来接替“鹊桥”成为下一代的地月通信桥梁。

4、 从“鹊桥”到鹊桥二号，提升不止一点点

鹊桥二号的正式名称是探月工程四期中继星，它重约1.2吨，设计使用寿命为8年（“鹊桥”的重量448千克，寿命大于3年）。相比于“鹊桥”，在整体水平和能力上都有了很大的提升，它搭载了一个直径4.2米的X波段抛物面天线和一个用于向地面站传输数据的直径0.6米S/Ka双频抛物面天线，它们不仅可以进行稳定的通信与数据传输，还可以向探测器转发地面上行的各种指令。其中，特别引人注目的是那个直径达4.2米的X波段抛物面天线，它不仅是鹊桥二号最显眼的标志，也是其技术精华所在。这面天线由精细的镀金钼丝编织而成，发射时紧凑收拢，进入轨道后优雅展开，因其独特的金色外观而被形象地称为“金色大伞”。这些钼丝直径仅15至30微米，约为人类头发丝的四分之一粗细，而选择镀金则是利用其卓越的反射性能。这种精密的结构设计，不仅赋予了天线必要的强度，还确保了通信的高效性，使其成为卫星与月球探测器间通信的关键纽带。

5、 鹊桥二号的运行轨道，为什么被设计成倾斜的椭圆？

鹊桥二号的首次任务是为嫦娥六号服务。作为嫦娥五号探测器的“备份”，嫦娥六号经过升级改造后，肩负起新的使命：在月球背面南半球的艾特肯盆地着陆，执行探测、勘测，并采集月球样本，安全带回地球。此前从未有人类航天器实施过月背采样返回，可以说嫦娥六号任务是有史以来最困难、最具挑战性的探月任务。而鹊桥二号要想为嫦娥六号提供可靠的通信保障，除了自身强大的设备，它的轨道也很特殊。

由于嫦娥六号的着陆点接近月球的南极，所以鹊桥二号的工作轨道被设计为一个倾斜的椭圆形状，该轨道将远月点设置在月球南极一侧，这样将不仅拥有更大的倾角，确保鹊桥二号与探测器之间有更长时间的稳定通信，还能减少鹊桥二号推进剂的消耗。采用这种远近轨结合的方式，不仅可以使中继星更清楚地接收来自月面的信号，而且鹊桥二号携带的载荷还能对月球进行某些方面的科学观测。

6、 鹊桥二号，除了服务嫦娥六号，还有这些使命

当然，除了为嫦娥六号服务，在“鹊桥”退役后，鹊桥二号也需要适时调整轨道，接下前辈的接力棒，继续为此刻还在月球上努力工作的嫦娥四号着陆器和玉兔二号月球车提供通信服务。在未来执行嫦娥七号、嫦娥八号乃至后续的月球探测任务中，也离不开鹊桥二号的背后付出。此外，鹊桥二号本身也承担了一些科学探测任务，因为它还携带了极紫外相机、阵列中性原子成像仪和地月甚长基线干涉测量（VLBI）试验系统，收集来自月球和深空的数据。

7、中继星通信，月球只是起点

我国正致力于利用月球中继星来构建深空通信网络，与鹊桥二号一同发射的“天都一号”和“天都二号”技术试验卫星，将为这一宏伟蓝图奠定基础，他们也将进入绕月轨道，开展高精度月球轨道测定轨技术验证，为后续我国“鹊桥”通导遥综合星座系统的建立提供参考和依据。这也意味着，从“鹊桥”开始的月球中继星通信方式，将会升级成为太阳系内的通信服务网络，在不远的将来，“鹊桥”通导遥综合星座系统将会服务探月工程和载人月球探测，未来还会覆盖火星和金星区域，为我国的行星探测计划提供通信服务。

随着鹊桥二号的成功发射，中国航天事业再次书写了辉煌的篇章。这颗卫星不仅是技术的飞跃，更是人类对未知宇宙探索的渴望与勇气的象征。它不仅将为后续的嫦娥探月工程提供坚实的通信支持，更是我国深空探测网络建设的重要基石。在未来的岁月里，鹊桥二号将见证更多中国航天的壮举，它的故事将激励着一代又一代的探索者，向着星辰大海，勇往直前。

作者：太空熊猫君，科普创作者

审核：庞之浩，全国空间探测技术首席科学传播专家

出品：科普中国X中国宇航学会

监制：中国科学技术出版社有限公司、中科数创（北京）数字传媒有限公司