我们在太空搭“鹊桥” 可到月背约会“嫦娥”

　　提起“鹊桥”，大多数人会想到牛郎和织女的爱情故事。为了让牛郎和织女相会，各地喜鹊用身体搭成一座桥——鹊桥，牛郎和织女便在鹊桥上相会。

　　四年前的2018年5月21日5时28分，长征四号丙运载火箭托举着“鹊桥”中继卫星奔赴太空。“鹊桥”中继卫星在环绕距月球约6.5万公里的地月拉格朗日L2点运行的使命轨道，成为世界首颗围绕该点运行的卫星，为嫦娥四号月球探测器提供地月中继测控通信。

　　目前，“鹊桥”中继卫星在轨运行稳定，各分系统设备工作状态良好，我们期待它传回更多探测数据取得更丰硕的科学成果。

　　“鹊桥”中继卫星如何让地球与广寒宫的嫦娥四号永远不断联?

　　“鹊桥”中继卫星如何让嫦娥四号永不断联?

　　01

　　“鹊桥”地月传书

　　让月背与地球不再“没有服务区”

　　由于地球和月球存在潮汐锁定，月球的自转周期和公转周期完全相同，数百万年来，人类都只能看到月球的“正脸”，在嫦娥四号在月球背面软着陆之前，月背就如同一个待字闺中的小姑娘，从不轻易示人。

　　这是因为一旦航天器登陆月球背面，信号就会被月球所遮挡，如果没有中间的“联系人”，地球和航天器就无法取得联系，这就像两个人“隔山喊话”无法相互听到。这时候，“鹊桥”中继卫星就能派上传球手的作用了。

　　“鹊桥”张开4.2米“巨伞”后，意味着人类深空探测器历史上最大口径的太空通信天线，在40多万公里星际通信链路中开始正常工作了。

　　4年地月传书，让月背与地球不再“没有服务区”。

　　02

　　激光角反射器

　　架起40多万公里通信距离

　　除了“巨伞”，“鹊桥”中继卫星还有一面超高清“反光镜”——激光角反射器。地球观测站发出的激光波束可以准确找到40多万公里外高速飞行的“鹊桥”，通过发送、接收的时间差，计算出星地距离。这是人类历史上最远距离的激光测距试验。

　　“鹊桥”中继卫星“个头”不大，整个“体重”只有448公斤。

　　别看外表不起眼，但“里子”有“内涵”。40多万公里的通信距离，“鹊桥”架起的是世界上最长的“桥”。说起“鹊桥”，容易让人联想到技术堪称成熟的“天链一号”中继卫星。11年前，第一颗“天链一号”发射成功。11年间，相继发射的4颗“天链一号”中继卫星组网运行，成功实现对中、低轨航天器全球100%覆盖。

　　与“天链一号”相比，“鹊桥”中继卫星有一个最大不同点——“天链一号”对数据采取透明转发方式，即不对数据做处理，保持“原汁原味”；而“鹊桥”中继卫星属于“再生转发”，即先对数据进行“解码”“去格式”“复接”“编码”等处理，再发送。可以看出，“鹊桥”中继卫星实现了全面升级。

　　03

　　在Halo轨道运行

　　既“看见”地球又“看见”月球

　　“鹊桥”中继卫星在Halo轨道上运行，环绕地月拉格朗日L2点飞行，地月L2点位于地月连线的延长线上，是地球和月球的引力平衡点之一。“鹊桥”中继卫星是世界首颗在该位置运行的卫星。

　　在该点上，能够同时看到地球和月球背面，可以一直与落在月球背面的嫦娥四号着陆器和巡视器保持通讯联系，同时和地面站建立联系，实现所需要的中继通信。同时，在地月平动点附近，地球和月球间的引力相对平衡，当中继卫星在这里飞行时，能够更容易保持相对稳定的运行状态。

　　运行的使命轨道形状不同于地球卫星的椭圆轨道，而是三维非规则曲线，轨道控制非常复杂。“鹊桥”中继卫星将围绕L2点做拟周期运动，通过定期轨控保持轨道的稳定性，实现对嫦娥四号着陆器和巡视器的中继通信覆盖。

　　04

　　光纤陀螺惯性测量单元

　　摆脱借地球、太阳等天体来定位

　　Halo轨道又叫“晕轨道”，取日晕和月晕之意，轨道形状是非共面的三维非规则曲线，而“晕轨道”控制的难度和复杂程度“确实挺让人头晕”。

　　“鹊桥”中继卫星就像一个调皮的孩子，只要一段时间不关注他就可能会“离家出走”，为了看好这个调皮的“孩子”，地面的飞控“家长们”专门定制了具有高智能化水平、全天候、全天时、全空域运行能力的光纤陀螺惯性测量单元，彻底摆脱了之前需要借助地球、太阳等天体来定位的束缚，大大提升其轨道控制能力。

　　为了应对复杂轨道下对航天器进行频繁姿态调整的挑战，专家们还设计了速度增量关机和时间关机两种模式，对轨控关机前的发动机脉宽进行了精确设计。

　　同时，“鹊桥”具备在1000m/s高速在轨飞行过程中，速度控制精度误差不大于0.02m/s的本领，可以说是“在高速奔跑中还可以稳稳地做微雕”。这一“自主可控、毫厘不差”的能耐为中继卫星安全、长期、稳定在轨运行打下基础。

　　05

　　配备多部“手机”

　　多安全备份遥控指令让通信不中断

　　建一条穿越40多万公里的“星际空间”、连接地球和月球的通信链路，考验的不只是设计上科学合理、更要求工作状态稳定可靠。多安全备份遥测遥控指令设计是航天科技集团五院西安分院技术人员针对“鹊桥”特有工作环境的创新之举，这就像通过多重备份给“鹊桥”配了多部“手机”。

　　地面工作人员可以同时给这几部“手机”打电话，发出相同的遥测指令，规避因为距离远或其他未知因素造成的信号中断、信息传送不准确等问题。此外，“鹊桥”装备的S频段数字化深空应答机是我国首台数字化深空应答机，不仅具有对错误数据自我修正的功能，而且具有强大的灵敏度和信号捕获能力，为航天器稳定运行再上一道“安全锁”。

　　06

　　采用特殊材料

　　应对零下230摄氏度严寒考验

　　“鹊桥”中继卫星在浩瀚的太空中，会经历一段没有光照的日子，没有太阳的时候，阴影区的温度是零下200摄氏度左右，最冷的地方将达到零下230摄氏度，在如此严寒下，天线全身肯定都“冻僵了”，这些天线在太空中需要经历严酷的考验。为了使它在“冰窖”似的环境里不被“冻坏”，研制中，科技人员除了采用特殊的材料外，还进行了大量的极端环境下的试验，有效保证了这些天线能够应对严酷环境的考验。

　　统筹:易福红　杨存海

　　综合　新华社、央视

　　IC供图