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　　“鵲橋”通天擇日架 “嫦娥”奔月待時飛

　　近日，一顆即(ji)將(jiang)于(yu)5月(yue)份發射的衛星(xing)成了人們“刷屏”的明星(xing)，這不僅(jin)在(zai)于(yu)它有極具中國傳統文化(hua)特色的名(ming)字(zi)“鵲橋”，而且在(zai)于(yu)它將(jiang)為(wei)計劃于(yu)今年底奔月(yue)的嫦娥(e)(e)四號提(ti)供衛星(xing)“中繼服務”，是名(ming)副(fu)其實的“嫦娥(e)(e)先行(xing)官”。

　　嫦(chang)娥(e)四號(hao)發射(she)之前(qian)為什么要先架“鵲(que)橋”呢？“鵲(que)橋”所提供的(de)中(zhong)繼(ji)(ji)服務究竟是什么？“鵲(que)橋”是中(zhong)國第一(yi)顆(ke)中(zhong)繼(ji)(ji)衛星嗎？它(ta)發射(she)后將(jiang)在(zai)怎(zen)樣的(de)軌道上運轉？它(ta)將(jiang)與(yu)嫦(chang)娥(e)四號(hao)一(yi)起演繹(yi)怎(zen)樣的(de)“奔月故事”……這(zhe)些(xie)無(wu)疑都是人們關心的(de)問題。

　　“鵲橋”將飛架在地月L2點

　　“鵲橋(qiao)”是一顆“中(zhong)繼衛(wei)(wei)星(xing)(xing)”。該類衛(wei)(wei)星(xing)(xing)屬(shu)于通(tong)信(xin)衛(wei)(wei)星(xing)(xing)，被形象地(di)稱為“衛(wei)(wei)星(xing)(xing)的衛(wei)(wei)星(xing)(xing)”，因為它們可為衛(wei)(wei)星(xing)(xing)、飛船等航天器提(ti)供數據(ju)中(zhong)繼和測控服務，極大提(ti)高各類衛(wei)(wei)星(xing)(xing)使(shi)(shi)用效益和應急(ji)能力，能使(shi)(shi)資(zi)源衛(wei)(wei)星(xing)(xing)、環(huan)境衛(wei)(wei)星(xing)(xing)等數據(ju)實時下傳。

　　嫦(chang)娥四(si)號登月(yue)探測(ce)器(qi)是(shi)(shi)嫦(chang)娥三號的(de)備份星，計(ji)劃將登陸(lu)月(yue)球(qiu)背(bei)對地球(qiu)一(yi)(yi)面的(de)南(nan)極附近的(de)艾特肯(ken)盆地。由于月(yue)球(qiu)被地球(qiu)潮汐(xi)鎖定，它只(zhi)能(neng)永遠以(yi)同(tong)一(yi)(yi)面朝向(xiang)地球(qiu)。這(zhe)(zhe)就意味著(zhu)，在月(yue)球(qiu)背(bei)面登陸(lu)的(de)嫦(chang)娥四(si)號與(yu)地球(qiu)上的(de)測(ce)控中心不僅相隔遙遠的(de)地月(yue)距離，而且還要隔著(zhu)月(yue)球(qiu)球(qiu)體進(jin)行(xing)通信(xin)(xin)聯系。但通信(xin)(xin)信(xin)(xin)號無法(fa)穿透月(yue)球(qiu)抵(di)達其背(bei)面，這(zhe)(zhe)就需(xu)要中繼衛星的(de)幫助來實現(xian)數(shu)據傳輸，完(wan)成地面測(ce)控任(ren)務。這(zhe)(zhe)是(shi)(shi)“嫦(chang)娥”此次(ci)發射(she)奔月(yue)之前先發射(she)“鵲橋”衛星的(de)原因。

　　茫茫宇宙浩渺無垠，“鵲橋(qiao)”發射升空后將架設在(zai)哪里才能充分發揮(hui)其提供中(zhong)繼服務(wu)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用呢？這就必須提到一個(ge)(ge)概念：拉格(ge)(ge)朗(lang)日(ri)點(dian)(dian)(dian)(dian)。根據天(tian)體(ti)力學(xue)(xue)，一個(ge)(ge)小(xiao)物(wu)(wu)體(ti)在(zai)兩(liang)個(ge)(ge)大(da)物(wu)(wu)體(ti)的(de)(de)(de)(de)引(yin)力作(zuo)(zuo)用下居于(yu)空間中(zhong)的(de)(de)(de)(de)一點(dian)(dian)(dian)(dian)，在(zai)該點(dian)(dian)(dian)(dian)處，小(xiao)物(wu)(wu)體(ti)相(xiang)對于(yu)兩(liang)個(ge)(ge)大(da)物(wu)(wu)體(ti)基本保(bao)持(chi)靜止。這些點(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)存在(zai)由瑞士數學(xue)(xue)家歐(ou)拉于(yu)1767年推算出前3個(ge)(ge)，法國數學(xue)(xue)家拉格(ge)(ge)朗(lang)日(ri)于(yu)1772年推導證明剩下的(de)(de)(de)(de)兩(liang)個(ge)(ge)。1906年，首(shou)次發現運動于(yu)木星軌道(dao)上的(de)(de)(de)(de)小(xiao)行(xing)星在(zai)木星和太陽的(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用下處于(yu)拉格(ge)(ge)朗(lang)日(ri)點(dian)(dian)(dian)(dian)上。在(zai)每(mei)個(ge)(ge)由兩(liang)大(da)天(tian)體(ti)構成的(de)(de)(de)(de)系統中(zhong)，按推論有(you)(you)5個(ge)(ge)拉格(ge)(ge)朗(lang)日(ri)點(dian)(dian)(dian)(dian)，但(dan)只有(you)(you)兩(liang)個(ge)(ge)是(shi)穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)，即小(xiao)物(wu)(wu)體(ti)在(zai)該點(dian)(dian)(dian)(dian)處即使受(shou)外(wai)界引(yin)力的(de)(de)(de)(de)攝擾，仍然(ran)有(you)(you)保(bao)持(chi)在(zai)原(yuan)來位(wei)置(zhi)處的(de)(de)(de)(de)傾向。每(mei)個(ge)(ge)穩定(ding)點(dian)(dian)(dian)(dian)同兩(liang)大(da)物(wu)(wu)體(ti)所在(zai)的(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)構成一個(ge)(ge)等邊三角形。

　　“鵲橋”發(fa)射后預定(ding)進發(fa)的位(wei)(wei)置為“地(di)(di)(di)月系統(tong)拉格朗(lang)日－2點(dian)”(簡稱地(di)(di)(di)月L2點(dian))，這個點(dian)位(wei)(wei)于(yu)(yu)地(di)(di)(di)球(qiu)和(he)月球(qiu)兩點(dian)連線的延長線上，在(zai)(zai)月球(qiu)背對(dui)地(di)(di)(di)球(qiu)的一側。“鵲橋”架設在(zai)(zai)該點(dian)上既可(ke)以同時與(yu)地(di)(di)(di)球(qiu)和(he)月球(qiu)背面進行(xing)信(xin)息和(he)數據(ju)交換，即完(wan)成“中繼”任務，又(you)因為受(shou)地(di)(di)(di)月引(yin)力作用平(ping)衡(heng)而(er)保持相對(dui)穩定(ding)狀(zhuang)態，從而(er)節省衛星燃料，有利于(yu)(yu)對(dui)其(qi)進行(xing)軌道控制。

　　中國中繼衛星已形成“家族”

　　中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)繼(ji)(ji)衛(wei)(wei)星(xing)的(de)主要功能是進行(xing)天(tian)基測控(kong)和空(kong)天(tian)數(shu)據(ju)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)繼(ji)(ji)，可為(wei)衛(wei)(wei)星(xing)、飛船等航(hang)天(tian)器提供(gong)數(shu)據(ju)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)繼(ji)(ji)和測控(kong)服務。相比于地基測控(kong)，天(tian)基測控(kong)的(de)最大優勢就(jiu)是覆(fu)蓋(gai)率(lv)高(gao)，具有實時性、經濟效(xiao)益(yi)高(gao)等優點。該類衛(wei)(wei)星(xing)作為(wei)在太空(kong)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)運行(xing)的(de)數(shu)據(ju)“中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)轉(zhuan)站”，扮演著“太空(kong)偵查(cha)員(yuan)”“通(tong)信(xin)接線(xian)員(yuan)”“太空(kong)導航(hang)員(yuan)”的(de)角色，對中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)、低軌道(dao)衛(wei)(wei)星(xing)進行(xing)實時監控(kong)，使資(zi)源衛(wei)(wei)星(xing)、環境衛(wei)(wei)星(xing)等數(shu)據(ju)實時下傳，為(wei)太空(kong)運行(xing)的(de)航(hang)天(tian)器提供(gong)預警(jing)預報、導航(hang)定位(wei)，使太空(kong)航(hang)行(xing)準確安(an)全。作為(wei)航(hang)天(tian)大國，中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國對中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)繼(ji)(ji)衛(wei)(wei)星(xing)的(de)需求無疑是強烈的(de)，這也驅動了中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)繼(ji)(ji)衛(wei)(wei)星(xing)的(de)研制、發(fa)射(she)和組網運行(xing)。

　　2003年(nian)，中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)立(li)項(xiang)并啟動(dong)了天(tian)(tian)鏈(lian)一(yi)號(hao)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)繼衛(wei)星(xing)系(xi)(xi)統工程。2008年(nian)4月25日，該系(xi)(xi)統01星(xing)成(cheng)功發(fa)射，當年(nian)就參與(yu)并圓(yuan)滿完(wan)成(cheng)了“神(shen)舟七號(hao)”數(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)繼服務。作為(wei)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)第一(yi)顆地球同(tong)步軌道數(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)繼衛(wei)星(xing)，天(tian)(tian)鏈(lian)一(yi)號(hao)01星(xing)采(cai)用(yong)(yong)成(cheng)熟(shu)的(de)東(dong)方紅三(san)號(hao)通(tong)(tong)用(yong)(yong)平(ping)臺(tai)并突破多項(xiang)關鍵技術，標志著中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)航(hang)(hang)天(tian)(tian)測控覆(fu)蓋(gai)率(lv)提升到(dao)新(xin)水平(ping)，使(shi)資源衛(wei)星(xing)、環境衛(wei)星(xing)等應(ying)用(yong)(yong)衛(wei)星(xing)實現數(shu)(shu)據(ju)(ju)實時(shi)下傳、及(ji)時(shi)應(ying)用(yong)(yong)，效(xiao)能倍增。2011年(nian)、2012年(nian)相繼成(cheng)功發(fa)射天(tian)(tian)鏈(lian)一(yi)號(hao)02、03星(xing)，它們同(tong)時(shi)運行(xing)并與(yu)地面應(ying)用(yong)(yong)系(xi)(xi)統、中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)繼終端等組(zu)成(cheng)跟(gen)蹤(zong)與(yu)數(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)繼衛(wei)星(xing)系(xi)(xi)統，中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)由此成(cheng)為(wei)世界(jie)第二個擁有(you)對中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)、低(di)軌道航(hang)(hang)天(tian)(tian)器全球覆(fu)蓋(gai)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)繼衛(wei)星(xing)系(xi)(xi)統的(de)國(guo)(guo)(guo)家(jia)。在中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)重(zhong)大(da)航(hang)(hang)天(tian)(tian)任務實施過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，比如神(shen)十一(yi)飛船和天(tian)(tian)宮二號(hao)空間實驗室(shi)飛行(xing)任務中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，天(tian)(tian)鏈(lian)一(yi)號(hao)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)繼衛(wei)星(xing)系(xi)(xi)統為(wei)航(hang)(hang)天(tian)(tian)員(yuan)與(yu)地面“天(tian)(tian)地通(tong)(tong)話”“天(tian)(tian)地雙(shuang)向視(shi)頻通(tong)(tong)話”和航(hang)(hang)天(tian)(tian)員(yuan)與(yu)地面同(tong)步收看電視(shi)新(xin)聞(wen)立(li)下了汗(han)馬功勞。2016年(nian)11月，天(tian)(tian)鏈(lian)一(yi)號(hao)04星(xing)成(cheng)功發(fa)射，實現中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)繼衛(wei)星(xing)系(xi)(xi)統的(de)更(geng)新(xin)換代(dai)。

　　對(dui)中國(guo)中繼(ji)衛星(xing)的發展，航天(tian)科(ke)技集團五院(yuan)院(yuan)長張洪太評價(jia)說(shuo)，中國(guo)的中繼(ji)衛星(xing)系統建設(she)走出了(le)一條符合國(guo)情、技術上(shang)自主創新的道路(lu)。比如(ru)，突破了(le)星(xing)上(shang)自主閉環精密(mi)捕獲跟(gen)蹤等(deng)關鍵技術，解決了(le)高速運(yun)動航天(tian)器之間跟(gen)蹤與高速數據中繼(ji)問題(ti)；建立了(le)星(xing)——星(xing)、星(xing)——地(di)技術體制(zhi)和全程鏈路(lu)指標(biao)體系。

　　“鵲(que)橋”是中(zhong)國中(zhong)繼(ji)衛星家族中(zhong)新的成員，與(yu)天鏈一(yi)號系列(lie)中(zhong)繼(ji)衛星相比，雖(sui)然用途(tu)和技(ji)術途(tu)徑(jing)相似，但無疑面臨的任務更(geng)艱巨，面臨的技(ji)術挑戰更(geng)大。中(zhong)國航天人已然成竹在胸，航天科技(ji)集團五院黨委書記趙小(xiao)津表示，“鵲(que)橋”研制(zhi)團隊(dui)攻克了地(di)月拉(la)格(ge)朗日(ri)2點(dian)軌道設計與(yu)控制(zhi)、遠距離中(zhong)繼(ji)通(tong)信等關(guan)鍵技(ji)術，其各項性能和指標完全符合任務需求。

　　嫦娥三號曾經到此一游

　　實現(xian)(xian)探(tan)測器首次登(deng)陸(lu)月球背面(mian)無疑是人類航天史上的(de)(de)一項壯舉，對嫦(chang)娥(e)四(si)號的(de)(de)表現(xian)(xian)人們充滿期待(dai)。從(cong)“嫦(chang)娥(e)”既往堪稱驚艷的(de)(de)奔月紀錄來看，人們也有充分的(de)(de)理由(you)對計劃于年底出征的(de)(de)嫦(chang)娥(e)四(si)號抱(bao)有十(shi)足的(de)(de)信(xin)心。如(ru)果(guo)說有什(shen)么不確定性的(de)(de)話，在很大(da)程(cheng)度上來自于為嫦(chang)娥(e)四(si)號保駕護航的(de)(de)中繼衛星(xing)“鵲(que)橋”。實際上，“鵲(que)橋”成功于預定位(wei)置搭建好并達到預期表現(xian)(xian)是嫦(chang)娥(e)四(si)號發射奔月的(de)(de)基本(ben)條(tiao)件和(he)前提(ti)，用(yong)航天科(ke)(ke)技(ji)集(ji)團科(ke)(ke)技(ji)委主任包為民(min)的(de)(de)話說就是“如(ru)果(guo)‘鵲(que)橋’工作正(zheng)常，中國將在下半年發射嫦(chang)娥(e)四(si)號探(tan)測器”。

　　“鵲橋”作為預期(qi)定點于(yu)地(di)月L2點的中繼衛星，其(qi)(qi)“工作正常”其(qi)(qi)實包含兩(liang)層含義：一是準確(que)架(jia)設入位，也就是發射后要準確(que)進入定點位置即地(di)月L2點；二是其(qi)(qi)傳輸信號(hao)和數據的性能得到預期(qi)發揮，表現良好。否則就是處于(yu)不正常工作狀態。

　　“鵲橋”能否(fou)準確(que)架設到(dao)位當(dang)然屆(jie)時才(cai)能最終確(que)定，但是(shi)目前來看，對(dui)于中國(guo)航天機構來說(shuo)，把(ba)航天器(qi)送(song)到(dao)地(di)(di)月L2點(dian)把(ba)握(wo)(wo)大嗎？對(dui)于熟悉中國(guo)航天發展(zhan)的人來說(shuo)，這(zhe)個(ge)問題(ti)的答案(an)非常明確(que)：把(ba)握(wo)(wo)很大！因為既往的經(jing)(jing)驗已經(jing)(jing)證明了(le)這(zhe)一點(dian)。實際上，早在3年多(duo)前，中國(guo)科學家就已經(jing)(jing)把(ba)飛行(xing)(xing)器(qi)送(song)抵地(di)(di)月L2點(dian)。不僅(jin)如此，早在約7年之前，中國(guo)科學家就已經(jing)(jing)把(ba)飛行(xing)(xing)器(qi)精準送(song)抵日地(di)(di)L2點(dian)。而這(zhe)兩個(ge)飛行(xing)(xing)器(qi)就是(shi)“嫦娥(e)”，分別是(shi)嫦娥(e)三號再入返回飛行(xing)(xing)器(qi)服務(wu)艙和嫦娥(e)二號。

　　2014年11月(yue)1日，嫦娥三號服(fu)務艙與返(fan)回器分離(li)后(hou)，返(fan)回到遠地(di)點54萬公里(li)、近地(di)點600公里(li)的大橢圓軌道，開(kai)展(zhan)拓(tuo)展(zhan)試驗(yan)任務。11月(yue)23日，服(fu)務艙開(kai)始飛向地(di)月(yue)L2點，4日后(hou)進入(ru)環(huan)繞(rao)地(di)月(yue)L2點的軌道。這是中國航天器首次到達地(di)月(yue)L2點。服(fu)務艙實現了環(huan)繞(rao)該點飛行三圈，開(kai)展(zhan)了全(quan)新的科學探測任務，驗(yan)證了軌道設(she)計、軌道控制和軌道維持技(ji)術。

　　2011年(nian)8月25日(ri)(ri)(ri)，嫦娥(e)二號經過77天飛(fei)行(xing)，受控準確進(jin)入距離(li)地球(qiu)約150萬(wan)公里遠的(de)(de)日(ri)(ri)(ri)地L2點(dian)的(de)(de)環(huan)繞軌(gui)道(dao)。這是中國(guo)(guo)第(di)一次開展(zhan)拉(la)格朗日(ri)(ri)(ri)點(dian)轉移軌(gui)道(dao)和(he)(he)使命軌(gui)道(dao)的(de)(de)設(she)計和(he)(he)控制，并實現150萬(wan)公里遠距離(li)測控通信(xin)。此舉也使中國(guo)(guo)成為世(shi)界上(shang)第(di)三個(ge)造訪日(ri)(ri)(ri)地L2點(dian)的(de)(de)國(guo)(guo)家和(he)(he)組(zu)織(zhi)，也是世(shi)界上(shang)第(di)一個(ge)實現從月球(qiu)軌(gui)道(dao)出發抵達該點(dian)的(de)(de)國(guo)(guo)家和(he)(he)組(zu)織(zhi)。（張保淑）

【糾錯】

責任編輯： 徐宙超