2024年6月，一張嫦娥六號(hào)的自拍照，通過(guò)鵲橋二號(hào)中繼星從月背傳回了地球。這是人類第一次開(kāi)展月球背面取樣，中國(guó)這次開(kāi)創(chuàng)性的深空探測(cè)，吸引了全世界的目光。此前，人類共對(duì)月球進(jìn)行了10次采樣返回，均位于月球的正面。為什么不去月背挖土呢？為了解答這個(gè)問(wèn)題，我們首先要了解一下，月球和地球之間的關(guān)系。

嫦娥六號(hào)自拍照

月球，地球的忠實(shí)伴侶，已在太空中與地球共舞超過(guò)40億年。這一長(zhǎng)久的相伴孕育了一種獨(dú)特的現(xiàn)象——潮汐鎖定。地球的引力如同無(wú)形的紐帶，逐漸使月球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)同步，使得月球始終以同一面朝向地球，守護(hù)著地球的夜空。朝向地球的一面被我們稱為月球的正面，這也是為什么我們?cè)谠聢A之夜看到的月球面貌總是差不多的原因。而永遠(yuǎn)不會(huì)朝向地球的那一面，就是月球的背面。在人類的探測(cè)器飛向月球之前，人類從沒(méi)有觀測(cè)過(guò)月球背面。即便后來(lái)陸續(xù)有繞月探測(cè)器為我們傳回了月球背面的豐富資料，但是要想實(shí)現(xiàn)月球背面的軟著陸和巡視勘察，則必須先解決通信問(wèn)題，否則無(wú)法對(duì)在月背著陸或巡視的探測(cè)器進(jìn)行測(cè)控通信、傳回科學(xué)數(shù)據(jù)。

長(zhǎng)八遙三火箭發(fā)射升空 攝影王磊

2024年3月20日8時(shí)31分，探月工程四期鵲橋二號(hào)中繼星由長(zhǎng)征八號(hào)遙三運(yùn)載火箭在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射升空。鵲橋二號(hào)中繼星作為探月四期后續(xù)工程的“關(guān)鍵一環(huán)”，將架設(shè)地月新“鵲橋”，為嫦娥四號(hào)、嫦娥六號(hào)等任務(wù)提供地月間中繼通信。

鵲橋二號(hào)中繼衛(wèi)星

不過(guò)，具備了中繼通信的技術(shù)只是建立月背通信的一個(gè)條件。選擇怎樣的軌道，才能更好地進(jìn)行中繼通信呢？月球中繼通信任務(wù)主要有兩類可選軌道，一是繞地月平動(dòng)點(diǎn)軌道，二是環(huán)月軌道。

早在1950年，阿瑟·克拉克在《行星際飛行》一書(shū)中就提出，利用地月L2平動(dòng)點(diǎn)向月球背面進(jìn)行廣播和電視轉(zhuǎn)播。直到我國(guó)發(fā)射了“鵲橋”，人類才終于把多年的設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

鵲橋二號(hào)任務(wù)中，科研人員為它設(shè)計(jì)了環(huán)月大橢圓凍結(jié)軌道，這在過(guò)去的探月任務(wù)當(dāng)中從來(lái)沒(méi)有使用過(guò)。環(huán)月凍結(jié)軌道是環(huán)月軌道的一種，環(huán)月凍結(jié)軌道的拱線就像被凍住了一般，軌道的遠(yuǎn)月點(diǎn)一直在月球南極地區(qū)上空，因此能夠?yàn)樵虑蚰蠘O地區(qū)的探測(cè)器提供足夠長(zhǎng)的通信覆蓋時(shí)間。這條軌道也很穩(wěn)定，理論上，在這條軌道上不需要耗費(fèi)額外的推進(jìn)劑維持軌道飛行狀態(tài)。

鵲橋二號(hào)環(huán)月大橢圓軌道

鵲橋二號(hào)中繼星兼顧多項(xiàng)任務(wù)，集中繼通信、科學(xué)探測(cè)和技術(shù)驗(yàn)證于一體，充分體現(xiàn)出中國(guó)航天“花小錢、辦大事”的風(fēng)格。在科學(xué)探測(cè)方面，鵲橋二號(hào)中繼星上的極紫外相機(jī)將獲得地球等離子層的全貌，陣列中性原子成像儀將幫助科學(xué)家探知太陽(yáng)風(fēng)如何作用于月球，通過(guò)科學(xué)探測(cè)，人類將進(jìn)一步了解太陽(yáng)與地球的相互關(guān)系。

在技術(shù)驗(yàn)證方面，鵲橋二號(hào)中繼星將開(kāi)展四程測(cè)距技術(shù)驗(yàn)證，有望為嫦娥六號(hào)及后續(xù)探測(cè)器提供高精度的定位；驗(yàn)證多種星際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，為未來(lái)鵲橋通信與導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展提供技術(shù)支撐；利用4.2米口徑天線開(kāi)展月球軌道VLBI（甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量）試驗(yàn)，提升對(duì)航天器的定位精度……總之，這些新技術(shù)將讓未來(lái)的星際航行精度更高、連通更順暢。

在環(huán)月凍結(jié)軌道上，鵲橋二號(hào)中繼星正在一圈又一圈繞月飛行。它將與嫦娥四號(hào)、嫦娥六號(hào)、嫦娥七號(hào)、嫦娥八號(hào)探測(cè)器并肩工作，完成月球背面采樣返回和月球極區(qū)高精度著陸和陰影坑飛躍探測(cè)，并與相關(guān)國(guó)家、國(guó)際組織和國(guó)際合作伙伴共同開(kāi)展國(guó)際月球科研站建設(shè)，共同克服探月征途的困難挑戰(zhàn)，共享建設(shè)月球家園的勝利果實(shí)。

（作者：胡藍(lán)月、林佳昕 圖片來(lái)源：國(guó)家航天局、航天東方紅衛(wèi)星有限公司 把關(guān)專家：中國(guó)空間技術(shù)研究院總體部研究員 賈陽(yáng)）

來(lái)源: 中國(guó)航天報(bào)

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