中继卫星“鹊桥”将飞架在地月L2点
卫星矢量图
嫦娥四号正在通过中继卫星喜鹊桥(假想地图)的通信支持在月球背面进行科学研究
地月系统拉格朗日点示意图。其中，中心的圆圈是“地球”的位置，右边较小的圆圈是“月亮”的位置，L2是中继卫星“鹊桥”预定到达的位置。
最近，一颗将于5月发射的卫星成为人们“擦屏”的明星。这不仅是因为它有中国传统文化特色的“鹊桥”之称，也是因为它将为计划于今年年底飞往月球的嫦娥四号提供卫星“接力服务”。它是真正的“嫦娥先锋”。
为什么嫦娥四号在发射前建造了一座鹊桥？喜鹊桥提供什么中继服务？喜鹊桥是中国第一颗中继卫星吗？发射后它将运行在什么轨道上？它将与嫦娥四号一起表演什么样的“登月故事”...这些无疑是人们关心的问题。
“鹊桥”将在地面上飞往L2
鹊桥是一颗“中继卫星”。这类卫星属于通信卫星，被形象地称为“卫星之星”，因为它们能够为卫星、航天器和其他航天器提供数据中继和测控服务，大大提高各种卫星的使用效率和应急响应能力，并能够实时传输资源卫星、环境卫星和其他卫星的数据。
嫦娥四号月球探测器是嫦娥三号的备份星，计划在月球背离地球的一侧靠近南极的艾特肯盆地着陆。因为月亮被地球潮汐锁定，所以它只能永远与地球同一边。这意味着嫦娥四号着陆在月球背面，不仅与地球的监测和控制中心相隔很远，而且通过月球球体进行通信。然而，通信信号不能穿透月球到达月球背面，这需要中继卫星的帮助来实现数据传输和完成地面测控任务。这就是嫦娥在发射前发射鹊桥的原因。
广阔的宇宙是广阔的。“鹊桥”开通后将建在哪里，以充分发挥其提供中继服务的作用？这必须提到一个概念:拉格朗日点。根据天体力学，一个小物体在两个大物体的吸引下停留在空间的一个点上，在这个点上，小物体相对于两个大物体基本上保持静止。瑞士数学家欧拉于1767年推导出这些点的存在，法国数学家拉格朗日于1772年证明了其余两点。1906年，人们首次发现在木星轨道上运行的小行星在木星和太阳的作用下位于拉格朗日点。在每个由两个天体组成的系统中，根据推论有五个拉格朗日点，但只有两个是稳定的，即即使受到外部引力的干扰，小物体仍倾向于保持其原始位置。每个稳定点与两个大物体所在的点形成一个等边三角形。
喜鹊桥发射后，计划在“地月系统拉格朗日-2”(以下简称地月L2点)出发，该点位于地球和月球两点连线的延长线上，在月球背向地球的一侧。鹊桥可以同时与地球和月球背面交换信息和数据，即完成“中继”任务，并由于地球和月球的重力平衡而保持相对稳定的状态，从而节省卫星燃料，便于轨道控制。
中国的中继卫星已经形成了一个“家庭”
中继卫星的主要功能是进行天基TT&C和天基数据中继，可以为卫星、航天器和其他航天器提供数据中继和TT&C服务。与陆基TT&C相比，天基TT&C具有覆盖范围大、实时性好、经济效益高等最大优势。这种卫星作为空间运行数据的“中转站”，扮演着“空间侦察员”、“通信操作员”和“空间导航员”的角色。它实时监测中低轨道卫星，以便实时传输资源卫星和环境卫星等数据，为在空间运行的航天器提供预警和预测、导航和定位，并使空间导航准确和安全。作为航天大国，中国对中继卫星的需求无疑很大，这也推动了中国中继卫星的发展、发射和网络化。
2003年，中国启动了天联一号中继卫星系统项目。2008年4月25日，该系统的01号卫星成功发射，参与并成功完成了当年的“神舟七号”数据中继服务。天林01卫星是我国第一颗地球同步轨道数据中继卫星，采用成熟的东方红-3通用平台，突破多项关键技术，标志着我国空间TT&C覆盖率上升到一个新的水平，使资源卫星、环境卫星等应用卫星实现了实时数据传输、及时应用和双倍效率。2011年和2012年，“天空链接1号”的02号和03号卫星相继成功发射。它们同时运行，形成了一个带有地面应用系统和中继终端的跟踪和数据中继卫星系统。结果，中国成为世界上第二个拥有中低轨道航天器全球覆盖中继卫星系统的国家。在中国执行沈曦飞船和天宫二号航天实验室等重大航天任务期间，天林一号中继卫星系统为航天员与地面的“对地对话”和“双向视频对话”以及航天员与地面同时观看电视新闻做出了巨大贡献。2016年11月，航天一号04成功发射，实现了中国中继卫星系统的升级。
关于中国中继卫星的发展，第五航天科学技术研究院院长张洪太表示，中国中继卫星系统建设走了一条符合国情的自主技术创新之路。例如，突破了星载自主闭环精密捕获跟踪等关键技术，解决了高速运动航天器之间的跟踪和高速数据中继问题。建立了卫星-卫星、卫星-地面技术体系和全链路指标体系。
喜鹊桥是中国中继卫星家族的新成员。与天联一号系列中继卫星相比，虽然用途和技术手段相似，但无疑面临着更艰巨的任务和更大的技术挑战。中国航天人员已经在他们的脑海里了。航天科技集团第五研究院党委书记赵小金表示，“鹊桥”研究团队攻克了地月拉格朗日两点轨道设计与控制、远程中继通信等关键技术，各项性能指标完全满足任务要求。
嫦娥三号曾经来过这里
探测器首次在月球背面着陆无疑是人类航天史上的一个壮举，人们对嫦娥四号的性能充满了期待。从嫦娥过去登月的惊人记录来看，人们也有充分的理由对嫦娥4号充满信心，它将于今年年底发射升空。如果有任何不确定性，它很大程度上来自护送嫦娥四号的中继卫星“鹊桥”。事实上，喜鹊桥在预定位置成功建造并达到预期性能是嫦娥四号发射并飞向月球的基本条件和前提。用航天科技集团科技委员会主任包为民的话说，“如果喜鹊桥工作正常，中国将在下半年发射嫦娥四号探测器。"
“鹊桥”作为中继卫星预计将固定在地球和月球的L2点，其“正常运行”实际上包括两层含义:一是准确地设置位置，即发射后准确地进入固定位置，即地球和月球的L2点；第二，它在传输信号和数据方面的性能有望得到充分发挥并表现良好。否则，它处于异常工作状态。
喜鹊桥是否能正确建造当然要到那时才能最终确定，但是目前，对于中国的太空机构来说，把宇宙飞船送到地球月球的L2是一个好主意吗？对于那些熟悉中国航天发展的人来说，这个问题的答案非常明确:好好把握！因为过去的经验已经证明了这一点。事实上，三年多前，中国科学家已经把飞机送到了地球上的L2。此外，早在大约7年前，中国科学家就已经派出飞机将L2指向日本。这两辆车分别是嫦娥三号和嫦娥二号的再入服务舱嫦娥。
2014年11月1日，嫦娥三号服务舱与返回者分离，返回远地点为540，000公里、近地点为600公里的大椭圆轨道，以执行一次膨胀试验任务。11月23日，服务舱开始飞往地球卫星的L2点，4天后进入地球卫星的L2点附近的轨道。这是中国航天器首次到达地球月球的L2点。服务舱围绕该点完成了三次飞行，发射了一项新的科学探索任务，并验证了轨道设计、轨道控制和轨道维护技术。
2011年8月25日，嫦娥二号进行了77天的飞行，并被控制进入距地球约150万公里的L2点附近的轨道。这是中国首次进行拉格朗日点转移轨道和任务轨道的设计和控制，实现了150万公里的TT&C长途通信。此举也使中国成为世界上第三个访问日本L2点的国家和组织，也是世界上第一个从月球轨道到达该点的国家和组织。
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