嫦娥四號成功著陸月球背面開展探測任務(wù)

   北京人民網(wǎng)5月21日電 嫦娥奔月這個家喻戶曉的神話故事，講述了中華民族千百年來對宇宙好奇、探索月球的美好夙愿。2013年底，嫦娥三號成功實(shí)現(xiàn)了月球正面的軟著陸，完成了巡邏探測任務(wù)，在中國探月史上樹立了豐碑。這一成功進(jìn)一步激發(fā)了中國對月球背面進(jìn)行科學(xué)探測和登陸的信心。2015年11月30日，月球探測項目重大專項領(lǐng)導(dǎo)小組批準(zhǔn)組織實(shí)施嫦娥四號任務(wù)，標(biāo)志著月球背面登陸探測的正式開始。2018年5月21日，中國航天科技集團(tuán)開發(fā)的嫦娥四號中繼星鵲橋在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，邁出了中國月球背面登陸的關(guān)鍵一步。

   神秘的月球背面

   眾所周知，宇宙中的天體處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，月球也不例外。然而，月球在旋轉(zhuǎn)的同時也圍繞著地球旋轉(zhuǎn)。這兩項運(yùn)動正好達(dá)到了平衡，導(dǎo)致月球總是只有一面面向地球，另一面總是在背向地球的陰影下。因此，月球的背面探測已經(jīng)成為航天事業(yè)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。美國和歐洲國家都提出了探測月球背面的計劃，但由于種種原因，它們最終沒有實(shí)施。目前，人類還沒有探測器到達(dá)神秘的月球背面。

   中繼星鵲橋為何要開發(fā)發(fā)射？

   月球背面登陸探測面臨一個很大的問題，即由于月球本身的阻擋，運(yùn)行到月球背面的著陸器和巡視器無法與地球通信，可以說是兩眼一抹黑。因此，如何解決登陸器和巡視器在月球背面與地球之間的通信問題已成為月球背面登陸探測的關(guān)鍵問題。

   鵲橋的本質(zhì)是地月中繼通信衛(wèi)星。通過發(fā)射中繼星鵲橋，可以以鵲橋為通信中繼點(diǎn)，繞過月球?qū)崿F(xiàn)著陸器與巡視器與地面的通信。因此，中繼星鵲橋必須在地球和月球背面之間沒有遮擋，這對鵲橋的運(yùn)行軌道有很高的要求。

   鵲橋的運(yùn)行軌道是什么？

   每顆衛(wèi)星在宇宙中都有自己的運(yùn)行軌道，如地球同步軌道、太陽同步軌道等，中繼星鵲橋也不例外。鵲橋的運(yùn)行軌道是繞地月L2平點(diǎn)的Halo軌道。該運(yùn)行軌道具有長期可見于月球背面、地球地面站對中繼星跟蹤弧長、軌道維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

   所謂地月L2平動點(diǎn)，又稱地月拉格朗日點(diǎn)，是指地月兩體旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的引力動平衡點(diǎn)。據(jù)研究，地月兩體旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中有五個平動點(diǎn)，運(yùn)行在這五個平動點(diǎn)中的探測器可以以較低的消耗與地月兩體旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)保持不變。其中，L2平動點(diǎn)位于月球背面的地月延長線上，可以實(shí)現(xiàn)地球和月球背面的中繼通信功能。

   至于Halo軌道，是美國人Farquhar根據(jù)F，1967年提出的概念arquhar如果在這條軌道上放置中繼通信衛(wèi)星，可以為月球背面著陸的探測器提供通信中繼服務(wù)。基于這個想法，美國NASA航天局計劃在阿波羅17號任務(wù)中實(shí)施，但最終因風(fēng)險較大而放棄。

   鵲橋是如何實(shí)現(xiàn)中繼通信功能的？

   中繼星鵲橋由平臺系統(tǒng)和載荷系統(tǒng)組成，裝有三種低頻射電天線:傘形拋物面天線、測控天線和數(shù)傳天線。其中，傘形天線直徑可達(dá)近5米，是人類深空探測任務(wù)史上最大的通信天線。

   中繼星鵲橋采用對地鏈路統(tǒng)一、對月鏈路獨(dú)立的設(shè)計方法。對于地面發(fā)送的中繼星和月球探測器的上行指令和數(shù)據(jù)，統(tǒng)一使用鏈路；中繼星和月球探測器的下傳數(shù)據(jù)統(tǒng)一使用鏈路。中繼星將指令和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給月球探測器，并分別使用獨(dú)立鏈路。

   成功發(fā)射鵲橋有什么意義？

   中繼星鵲橋是中國航天科技集團(tuán)自主研發(fā)的地月中繼通信衛(wèi)星。它也是人類歷史上第一顆地球軌道外專用中繼通信衛(wèi)星，也是第一顆在地月L2平動點(diǎn)上使用H的中繼通信衛(wèi)星alo軌道衛(wèi)星。鵲橋的成功發(fā)射標(biāo)志著中國率先掌握地月中繼通信技術(shù)，這是中國在月球探測領(lǐng)域的新突破。

   此外，中繼星鵲橋的成功發(fā)射為嫦娥四號成功登陸月球背面的探測任務(wù)奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)，為嫦娥四號探月工程的順利完成提供了有力保障。