鹊桥呼叫嫦娥四号：“我已到站，这既能看到月背又能看到地球，等你！”

▲ 嫦娥四号中继星“鹊桥”（模拟图）

据国防科工局消息，6月14日11时06分，探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”中继星成功实施轨道捕获控制，进入环绕距月球约6.5万公里的地月拉格朗日L2点的Halo使命轨道，成为世界首颗运行在地月L2点Halo轨道的卫星。后续将在此轨道陆续开展在轨测试和中继通信链路联试，为年底择机发射的嫦娥四号月球探测器提供地月中继测控通信。

“鹊桥”中继星于2018年5月21日在西昌卫星发射中心发射升空，进入预定地月转移轨道；经过1次中途修正，于5月25日到达近月点并成功实施近月制动后，顺利进入月球至地月L2点的转移轨道。

▲ 长征四号丙运载火箭托举嫦娥四号中继星“鹊桥”升空

地月L2点位于地月连线的延长线上，该点轨道包括李萨茹轨道和Halo轨道，综合考虑中继星与嫦娥四号着陆器、巡视器的距离稳定性、覆盖率、轨道进入和维持、月球遮挡影响等因素，科研人员经反复研究，最终确定将Halo轨道作为“鹊桥”中继星使命轨道。

Halo轨道中文称为“晕轨道”（“晕”字借自日晕、月晕），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”中继星将在Halo轨道做拟周期运动，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。

嫦娥四号任务是世界首次月球背面软着陆和巡视勘察任务。由于受到月球自身的遮挡，着陆在月球背面的探测器无法直接实现与地球的测控通信和数据传输。“鹊桥”中继星将成为架设在嫦娥四号着陆器和巡视器与地球间的“通信站”，搭建地月信息联通的“天桥”。

嫦娥四号任务共搭载4台国际合作载荷，其中由荷兰研制的低频射电探测仪和由沙特研制的月球小型光学成像探测仪在此次“鹊桥”中继星任务中搭载；德国月表中子与辐射剂量探测仪、瑞典中性原子探测仪将搭载在嫦娥四号探测器上。

▲ 中继星“鹊桥”开展通信中继和科学技术试验（模拟图）

  揭 秘

“绕地月L2点的Halo轨道”

“鹊桥”为何来这里？

绕地月拉格朗日点

稳定省燃料

地月拉格朗日2点（简称“地月L2点”），距离地球40多万公里，是5个地月拉格朗日点之一。地球和月球两大天体在太空中运动，其万有引力与离心力在这5个点处得以平衡。倘若这5个点处存在第三个天体，且这个天体的质量相对于地球和月球无限小——譬如中继星，那么它就可以和地月保持相对静止状态，受地月引力作用可以保持相对稳定状态，从而节省卫星燃料。

▲ 中继星“鹊桥”（白色）与嫦娥四号探测器（绿色）飞行轨迹 （模拟图）

选择L2

面向月背好干活

在5个地月引力平衡点中，L2点位于地球、月球两个大天体的连线上，且在较小的天体（即月球）一侧，又正好面向月球背面。嫦娥四号要在月球背面靠近南极的艾特肯盆地执行任务，所以选择L2点。

当然，如果中继星“守”在地月L2点，受月球遮挡，就“看不见”地球了。所以，设计师为其设计了Z向振幅约1.3万公里绕地月L2点的Halo轨道。“鹊桥”架设在这一轨道上，既能“看见”地球，又能“看见”月球，可以同时与地球和月球背面进行信息和数据交换。

▲  中继星“鹊桥”运行在工作轨道（绿色）上 （模拟图）

Halo轨道

其实是绕地轨道

有的朋友可能会问，L2点是个虚拟的点，如何像地球等天体那样“hold”住飞旋的卫星呢？

原来，在惯性空间中，Halo轨道其实是一个比月球轨道略高的绕地轨道。一般来说轨道越高运行速度越慢周期越长，但是受月球的影响，这个轨道的周期和月球公转周期基本接近，所以从地月连线的转动视角看过去，卫星的飞行轨迹在视觉上变成了一个环绕L2点附近的轨道。

素材来源：国防科工局、《中国航天报》、航天科技集团五院等

文/赵聪 蔡金曼

编辑/杨成

监制/黄希