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“鹊桥二号”——“探月四期”工程的揭幕人

北京航空航天大学科协
原创
北京航空航天大学现隶属于工业和信息化部
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“鹊桥二号”——“探月四期”工程的揭幕人

2024年3月20日,海南文昌。

早晨的海风吹拂着发射台,阳光洒在伫立的火箭上熠熠生辉。而很快,这枚火箭的底端就迸发出了夺目的光芒,伴随着隆隆的巨响和浓厚的烟雾拔地而起,飞向了天际。

这是上午8时31分,国产新型运载火箭“长征八号”起飞时的景象,这是它的第三次飞行任务,而它所搭载的,则是一枚名为“鹊桥二号”的通信卫星。

不过,和其它通信卫星不一样的是,“鹊桥二号”的目的地,不是热闹的近地球轨道,也不是各路通信卫星欢聚一堂的地球静止轨道,而是近40万公里开外的,地球唯一的卫星——月球。

时间拉回到2018年。在那一年的五月份,“鹊桥号”通信卫星从我国的西昌卫星发射中心起航,并于六月份进入了地月L2点附近的Halo轨道,为“嫦娥四号”这颗人类首次着陆于月球背面的探测器提供通信服务。当然,现在的我们早已知道,两次任务都很成功,直至今日,“嫦娥四号”的电波仍然能经由“鹊桥号”转播至地面,为科学家们源源不断的提供月球背面的新知识。

然而“鹊桥号”终究是抵不过岁月的流逝。尽管Halo轨道能够维持相当的稳定性,但来自其它星球的引力摄动终究是会要求探测器定期喷射燃料维持运行轨道的;而且,对每一个航天器而言,岁月也终究会让来自宇宙的各种粒子和辐射在自己的身上镌刻出衰老的痕迹。更重要的是,2020年“嫦娥五号”的成功宣告了探月工程“绕落回”三步走的圆满完成,这又促成了“探月四期”工程的推进,我国的探月计划已经制定到了2030年以后,月球探测的范围也将触及月球的南极。而“鹊桥号”的运行轨道绕着地-月连线的轴旋转,“鹊桥号”绕一圈,仅有不到20%的时间能够和月球南极的载荷实现通信,不利于月面探测器的控制和科学数据的传输。

因此,无论从现实,还是从未来出发,一颗新的月球通信卫星必须要部署,就这样,“鹊桥二号”的研制被提上了议事日程。进一步的,作为“探月四期”的重要组成部分,它的服役周期将大幅提升,以便服务于未来更多的月球探测器。因此,为了实现“超长待机”,它的体量也得到了大幅增长,达到了1.2吨,几乎是“鹊桥号”的3倍。用于发射“鹊桥号”的“长征四号”运载火箭也已力有不逮,于是,运力更大也更先进的“长征八号”扛起了大梁。

在经过了5天的飞行后,3月25日,“鹊桥二号”进入了一条特殊的环绕月球轨道:它的近月点仅有200公里,而远月点则达到了16000公里,“鹊桥二号”沿着这样的轨道绕月球飞行一圈需要约24小时。这样特殊的轨道,让“鹊桥二号”能够在近月点附近以高速呼啸而过,在远月点附近却飞行缓慢,甚至几乎一动不动。在这样一快一慢之间,鹊桥二号能够在24小时的飞行周期内,为月球上的某个特定位置提供不小于20小时的通信时长,尽管不是全天候通信,但这也绰绰有余。

而这个位置,正是“嫦娥六号”将会降落的地方。

在“嫦娥五号”任务圆满完成后,它的备份星“嫦娥六号”的去向很快提上了议事日程。在经过多轮讨论后,科学家们最终将它的目的地确定在月球背面。而我们已经在“嫦娥四号”任务知道,想要在月球背面开展科学研究工作,就一定需要一颗通信卫星,作为地球和月球背面之间沟通的纽带。

而“鹊桥二号”,正是这颗重要的通信卫星。

如果说,“嫦娥六号”探测器是整个“探月四期”舞台剧的第一幕,那么,为“嫦娥六号”提供重要辅助工作的“鹊桥二号”,就是宣布舞台剧开演的揭幕人。不仅如此,在未来的“嫦娥七号”、“嫦娥八号”乃至更长远的月球科研站任务中,它也将作为重要的通信端点,源源不断地上传下达来自地面的指令,和来自月面的科学数据。

不过,我们也无需担心“鹊桥二号”会不会不堪重负,因为在未来,冠以“鹊桥”之名的月球通导遥综合星座将得到建设。届时,众多小卫星将驰骋在月球轨道上,通过卫星和月球、卫星和卫星、卫星和地球之间的数据传输网络,月球和地球之间、月面上两点之间的通信都将变得便捷,在月面开展研究工作的效率将得到进一步提升。

而“鹊桥”星座的重要技术验证星——“天都一号/二号”也搭载于“鹊桥二号”之上,业已分别进入预定轨道,开展通信实验。

此时此刻,“鹊桥二号”依然在月球附近,等待着“嫦娥六号”的到来。

但它一定不会等得太久。

即将到来的五月,注定将在我国的航天史上镌刻下深深的印记。

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飞马腾空
太师级
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2024-05-21