探月工程四期大幕再启，鹊桥二号中继星率先出征，顺利抵达目的地，成为世界上首颗运行在环月冻结轨道的卫星。

近年来，世界掀起新一轮探月热潮，人类探访月球的脚步愈发频繁，但月球背面与两极地区依然人迹罕至。受地球潮汐锁定影响，月球始终只有正面朝向地球，因此月球背面和两极地区无法直接对地可见，要解决“失联”问题，必须研制专用的中继通信卫星。

我国探月四期任务的探测点、采样点位于月球南极和月球背面，2018年发射的鹊桥中继星已经在轨服役近6年，鹊桥二号中继星将接替前辈扛起重任，为中国航天“探月、登月、驻月”架起信息桥梁。

一道鹊桥横渺渺。鹊桥二号中继星作为专用中继星，是月背采样返回和南极探测任务中探测器与地球通信的唯一通道，它的表现直接决定了月球背面采样、月球南极探测能否成功，承担着探月四期任务“总开关”的重要使命。在服役期间，鹊桥二号中继星将为嫦娥四号、嫦娥六号、嫦娥七号、嫦娥八号等4次任务的10余个探测器提供中继服务，并开展科学探测及技术验证工作。

月背采样、南极探测 太空再架新“鹊桥”

鹊桥二号中继星与火箭分离后不久，一把“金色大伞”缓缓展开。柔软的合金细丝编织出金属反射网做“伞面”，18个天线肋做“伞骨”，天线口径达4.2米。它是月面探测器与鹊桥二号建立联系的关键。通过它，地面才能遥控探测器工作，探测器才能传回遥测和科学数据。

卫星侧面还有一个支出去的“小锅”——0.6米口径的S/Ka双频抛物面天线，用来与地面站建立联络，实现中继星与地面站之间的数据传输。

鹊桥二号中继星上携带了3类载荷，分别负责中继通信、科学探测和技术验证，其中最重要的就是中继通信载荷，承担为探月四期提供中继通信支持的重任。

“展得开、能到达、对得准、链路好、稳得住”，航天科技集团五院鹊桥二号中继星研制人员介绍，这是鹊桥二号中继星的5个成功要素。“展得开”，即卫星太阳翼和天线能顺利解锁展开，这是万里长路第一步。鹊桥二号中继星与火箭分离后，太阳翼、伞状天线和对地数传抛物面天线成功展开，太阳翼为卫星提供电力，天线与地面站、探测器建立通信链路。

“能到达”，即卫星与火箭分离后，利用轨控发动机进行中途修正和数次变轨控制后，最终进入环月冻结轨道。

“对得准”和“链路好”，要求卫星天线能精准指向探测器和地面，建立起稳定、可靠的数据传输通路，实现连续的地月中继通信服务。

“稳得住”，则要求卫星能够在环月冻结轨道上至少平稳运行8年。

节省燃料、响应及时 首登环月通信“天路”

月球中继通信任务主要有两类可选轨道，一是绕地月平动点轨道，二是环月轨道。第一条路，鹊桥中继星已经走过，成功为嫦娥四号月背软着陆任务提供支持；第二条路，鹊桥二号中继星正在实践，并将为后续月球背面和南极探测任务提供服务。

环月冻结轨道是环月轨道的一种，环月冻结轨道的拱线就像被冻住了一般，轨道的远月点一直在月球南极地区上空，因此能够为月球南极地区的探测器提供足够长的通信覆盖时间。这条轨道也很稳定，理论上，在这条轨道上不需要耗费额外的推进剂维持轨道飞行状态。

环月轨道距离月面近，通信时延低，能以较小的代价实现更高码率的中继通信，但它的运动特点也使得单颗卫星无法对月球背面等不可见区域实现连续通信，也就是说，卫星有“盲区”。

如何缩小“盲区”？鹊桥二号中继星利用环月冻结轨道，绕月球飞行一圈约24小时，在太空中画出一个大大的椭圆，飞抵月球北极时距离月面近，高度约为几百公里，飞抵月球南极时距离月面远，高度约为1.6万公里。嫦娥六号任务月面取样的两天时间里，卫星有87.5%以上的时间能覆盖着陆点，把对探测器着陆点的可见时段拉到最长。

通过调整卫星姿态，鹊桥二号中继星4.2米口径天线指向嫦娥六号探测器，分别与嫦娥六号上升器、着陆器、轨道器建立联系，提供中继通信支持；0.6米口径天线则通过自带的跟踪机构转动方向，指向地球，采用S/Ka频段与地面站传递信息。

个头更大、能力更强 “鹊桥二号”将服役8年

鹊桥二号中继星兼顾多项任务，集中继通信、科学探测和技术验证于一体，充分体现出中国航天“花小钱、办大事”的风格。与2018年发射的首颗鹊桥中继星相比，鹊桥二号中继星无论是重量还是能力，都更上一层楼。

最直观的变化是卫星个头更大了。整星重量从400多公斤增长至1.2吨，服务时间从3年提升至8年，服务探测器数量也成倍增长，从嫦娥四号着陆器、巡视器两个探测器，拓展到嫦娥四号及嫦娥六号、嫦娥七号、嫦娥八号等4次任务共计10余个探测器。

在中继通信链路方面，鹊桥中继星同时接收探测器的通信链路只有2路，而鹊桥二号中继星则最多可提供10路，“车道”数量大幅增加，相当于从“林荫小路”升级为多车道“高速公路”。

除了增加“车道”数量，每条车道的“车流量”——通信速率也大幅提升，与鹊桥中继星相比，鹊桥二号中继星与探测器之间的前向和返向链路的最高码速率提高了近10倍，对地数据传输链路的最高码速率则提高了近百倍。

运行在距离月球最远近9万公里的Halo轨道的鹊桥中继星，每年需耗费少量的推进剂进行轨道维持，否则卫星将飞离Halo轨道；鹊桥二号中继星运行在环月冻结轨道上，理论上不需要进行轨道维持，而且距离月球最远仅1万多公里，信号更强、时延更低，并且星上用于中继通信的软件大部分都可以在轨重构，通过软件“升级”能够灵活适应后续新的任务需求。

在科学探测方面，鹊桥二号中继星上的极紫外相机将获得地球等离子层的全貌，阵列中性原子成像仪将帮助科学家探知太阳风如何作用于月球，通过科学探测，人类将进一步了解太阳与地球的相互关系。

在技术验证方面，鹊桥二号中继星将开展四程测距技术验证，有望为嫦娥六号及后续探测器提供高精度的定位；验证多种星际互联网络协议，为未来鹊桥通信与导航系统的发展提供技术支撑；利用4.2米口径天线开展月球轨道VLBI（甚长基线干涉测量）试验，提升对航天器的定位精度……总之，这些新技术将让未来的星际航行精度更高、连通更顺畅。

月球背面、月球南极 聚焦世界航天探月热点

近年来“月球经济”热火朝天，世界多国推出探月计划，载人登月任务提上日程，多个新兴航天国家努力跻身“月球俱乐部”，各大商业航天企业正逐渐成长为“探月大军”中不可忽视的力量。

月球南极、月球背面成为本轮探月浪潮中的“热土”。月球南极可能存在水冰等丰富资源，月球背面的月壳较为古老，是研究早期撞击历史和深部物质组成的最好场所，因此科学关注度不断升温。

早在1950年，阿瑟·克拉克在《行星际飞行》一书中就提出，利用地月L2平动点向月球背面进行广播和电视转播。20世纪六七十年代，探月任务兴起、阿波罗登月计划实施，掀起一轮月球中继通信卫星研究的热潮，90年代欧美曾提出多个针对月球背面和两极着陆探测任务的中继通信方案设想。直到我国发射了世界上首颗月球中继通信卫星“鹊桥”，人类才终于把多年的设想变为现实。

中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁表示，建设月球通信、导航系统等空间基础设施，为月球探测提供更全面的通信保障，人类才能进一步开发月球并形成经济规模。

国务院新闻办公室发布的《2021中国的航天》白皮书提出，我国将继续实施月球探测工程四期任务，发射嫦娥六号、七号探测器，完成月球背面采样返回和月球极区高精度着陆和阴影坑飞跃探测，并与相关国家、国际组织和国际合作伙伴共同开展国际月球科研站建设。

以鹊桥二号中继星为代表的月球中继通信卫星系统，将重点解决月球背面和南极地区等对地不可见区域的探测任务，以及载人航天器在绕月过程中对地不可见时段的对地通信需求。

在环月冻结轨道上，鹊桥二号中继星正在一圈又一圈绕月飞行。它将与嫦娥四号、嫦娥六号、嫦娥七号、嫦娥八号探测器并肩工作，共同克服探月征途的困难挑战，共享建设月球家园的胜利果实。

来源/《中国航天报》

文/胡蓝月