【菜科解读】

鹊桥：关于我帮地球月亮谈恋爱的那些事

时间：2023-08-24网络作者：小白

七夕今宵看碧霄，牵牛织女渡河桥。

又到一年七月七，牛郎织女鹊桥会。

七夕最早来源于古代先民对星空的仰望。

春秋战国的《诗经》、

我国最早的天文历法著作《夏小正》、

西汉《史记·天官书》等均有关于织女星的描述。

牛郎织女平日银汉相望，

只在七夕经鹊桥相会。

数千年后，

中国航天人以鹊桥命名嫦娥四号中继星，

浪漫而诗意地搭建了地月之间的桥梁。

鹊桥中继星是人类历史上

第一颗地球轨道外专用中继通信卫星，

也是第一颗连通地月的中继卫星，

从2018年成功奔月至今，

鹊桥已经辛勤在轨工作了5年有余。

人类历史上的月球探测任务那么多，

除了月球探测器以外，

我们为什么要单独

发射一颗鹊桥中继星呢？

这就要说到它的VIP客户——嫦娥四号了。

嫦娥四号

实现了人类首次月球背面软着陆和巡视勘察，

打破了月背亿万年来的寂静荒凉。

促成这一历史性任务的关键就是

鹊桥中继星。

由于地球将月球潮汐锁定，

地球上的人们只能看到月球的正脸

而无法直接观测月背。

航天器登陆月球背面，

信号就会被月球所遮挡，

就像两个人隔山喊话无法听到。

这时候 鹊桥中继星就派上用场了，

它在月背的远端工作，

嫦娥四号探测器首先将数据信号

交给鹊桥暂存，

再由鹊桥向地球妈妈发送；

反之，地球妈妈也会先请鹊桥捎话，

再向月背转交，

地月传书就此达成。

为了给鹊桥找到合适的工位，

我国深空探测的科学家和工程师们

经过反复测算、精心选点，

物得风水宝地一块，

把鹊巢定位在

地月拉格朗日L2点附近的Halo轨道。

从地球向月球方向看去，

Halo轨道的形状就像月球的光晕，

因此它又被称为晕轨道。

地月L2点位于地月连线上距离月球6.5万公里处，如图示。

Halo轨道是围绕L2点的类圆形轨道。

地月L2点是个什么点，

为什么要把鹊桥放在这里呢？

这就需要激活

我们被中学物理支配的恐惧，

来到欧拉和拉格朗日的数学世界。

就地月系或日地系而言，

航天器的质量相对于2个大天体可以忽略不计，

在这样的三体系统中，

总有些特殊点位，

可以使得航天器在该位置

同时受到2个天体势均力敌的引力拉扯，

从而保持相对静止。

欧拉和拉格朗日先后算出5个这种特征点

（即限制性三体问题的5个特解）

称为拉格朗日L1-L5点，也称平动点。

在平动点附近存在多种周期轨道，

Halo轨道就是其中之一。

运行在Halo轨道的航天器

可以极小的能源代价维持轨道的周期性。

鹊桥选点在地月L2点有诸多优势：

一是卫星在此所需的轨道维持燃料极少，

可以长期驻留；

二是方便鹊桥中继星和地球、月球背面

进行信息和数据交换；

三是该点光照条件好，航天器很少被天体遮挡，

太阳能丰富。

因此，

鹊桥中继星虽身轻如鹊

却神通广大勇闯无人区

为嫦娥四号照亮征程，

揭开了月球背面的神秘面纱，

带我们一览月背风光。

鹊桥中继星是目前人类唯一在地月L2点的卫星

基于此，

如果我们要去往更深远的空间，

就需要搭建更多的鹊桥，

乃至组成网络来支撑探测任务。

小喜鹊们将肩负

通信、导航、遥感和信息服务等多重工作，

即实现集通、导、遥一体的全能担当。

以地月为例，

通信功能就是打电话，

卫星将具备地月全天时测控通信、

全月中继通信保障、

地月往返全迹测控通信等能力。

导航功能就是开地图，

可为航天器指路、定位、对表，

实现测定轨、定位、授时等功能。

遥感功能就是看全景，

实现对月测绘、空间态势感知、

空间环境检测、月表活动检测等。

此外，

小喜鹊们还肩负信息处理、

存储、订阅发布等信息服务功能，

实时向地球妈妈汇报工作。

小喜鹊们将主要分为两大类，

一种是围绕目标天体

360度全景办公的常驻型选手，

一种是在空间特定位置

做好中继二传的行星际中转站。

常驻的小喜鹊们是部署在

目标天体轨道上的环绕器、轨道器或卫星等，

长期围绕目标天体开展工作。

中转的小喜鹊们是部署在

平动点轨道或地球静止轨道上的服务型航天器，

负责提供通信、

导航、信息服务、扩展应用等多重功能，

支持航天器在轨组装以及在轨补加，

在特定空间位置上做好枢纽中转。

未来，

我们将在已有成果的基础上，

构建长期运营、可持续发展的

鹊桥通导遥综合星座系统，

进一步构建月球、

火星、金星乃至太阳系的通信网络，

通过行星际中转站与地球网

（北斗、星网、遥感卫星等）互联，

为航天器提供宇宙漫游不迷路指南，

保障太空之旅安全、顺畅、准确。

鹊桥通导遥综合星座系统将为

载人登月、国际月球科研站

以及更深远的火星、金星、巨行星

和太阳系边际探测等提供支持，

还将进一步服务商业航天和国际深空探测合作，

促进地月空间经济和航天产业发展，

推进航天强国建设。

那些以前只出现在科幻小说中的场景，

即将在不远的未来成为现实。

千年之前，

迢迢牵牛星，皎皎河汉女

只能天河相隔，

仅借星桥横过鹊飞回匆匆一见。

而今，

故事中的有情之鹊

化身为人类探索宇宙的导航小助手，

鹊桥星座起，天堑变通途。

未来，

我们的星座将以天为幕、连线成网，

向浩瀚的宇宙继续发问，

在无垠的深空书写回答。

来源：深空探测实验室

编辑/王小月

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