鹊桥中继卫星(嫦娥四号月球探测器的中继卫星)

“鹊桥”是嫦娥四号探测器月球探测器的中继卫星，中国首颗、世界首颗地球轨道外专用中继通信卫星，2018年5月21日于西昌卫星发射中心发射，由长征四号丙运载火箭发射升空，是为在月球背面工作的嫦娥四号和地球之间提供通信链接的中继卫星。

名称发布

2018年4月24日，“中国航天日”主场活动开幕式在黑龙江省哈尔滨市举行，活动主题为“共筑航天新时代”。开幕式现场，国防科工局副局长、国家航天局副局长吴艳华宣布，嫦娥四号中继星命名为“鹊桥”。一是为了诠释嫦娥四号探测器中继卫星——传输信号与数据的桥梁的作用。二是弘扬传统文化，将中国航天科工集团有限公司古朴诗意的命名风格，如“神舟飞船”“天宫”“嫦娥”“悟空”延续下去。三是通俗易懂。牛郎织女鹊桥相会的故事家喻户晓，嫦娥四号中继卫星命名为鹊桥，取“联结”“沟通”之意。

项目团队

探月工程重大专项实施由国防科工局组织实施。此次中继星任务由工程总体及卫星、运载火箭、发射场、测控、地面应用五大系统组成：工程总体承担：国防科工局探月与航天工程中心；卫星、运载火箭分别由中国航天科技集团中国空间技术研究院、上海航天技术研究院研制生产；发射和测控任务负责：中国卫星发射测控系统部；地面应用系统承担：中国科学院国家天文台。鹊桥卫星是由中国航天科技集团有限公司五院所属航天东方红卫星有限公司抓总研制，总设计师张立华，航天科技集团五院西安分院为中继卫星研制了测控分系统、天线分系统、中继通信分系统，航天科技集团九院771所承担的箭载计算机任务。

研发背景

嫦娥四号探测器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。因此嫦娥四号任务需要首先发射一颗中继星，解决与月球背面的通信问题。“鹊桥”中继星作为架设在嫦娥四号着陆器和巡视器与地球间的“通信站”，为着巡组合体安全抵达月球背面构筑信息通路。

基本设计和载荷

基本设计

鹊桥卫星是基于CAST100卫星平台设计，机身长方体，采用板式结构，可由锂电池和太阳能板供电。卫星顶部安装了一个直径4.2米的伞状抛物面天线作为卫星收发着陆器/月球车信号的高增益天线。卫星发射质量约为448公斤，工作寿命不小于3年。“鹊桥”装备了具有高智能化水平、全天候、全天时、全空域运行能力的光纤陀螺惯性测量单元，摆脱了之前航天器姿态敏感器需要借助地球、太阳等天体来定位的束缚，大大提升了其轨道控制能力。

任务载荷

“鹊桥”要提供中继服务，中继通信分系统是最核心的部分。“鹊桥”装载有伞状抛物面天线、测控天线和数传天线三类低频射电天线。其中，伞状天线展开直径达4.2米，是人类深空探测史上口径最大的通信天线。它将直接指向月球，与嫦娥四号探测器对接，不仅要将地面的测控指令说给探测器听，还要听清楚探测器要对地球说些什么。“鹊桥”装配了荷兰合作研发的低频射电探测仪（NCLE）。鹊桥号携带的NCLE仪器，将在处于月球背面的L2点附近进行射电天文测量、太阳风暴和行星无线电脉冲探测等一系列实验性的天文实验。还有是170毫米孔径的激光角反射镜。在这里架设的激光反射镜，不仅不会被月球遮挡，而且还可以测到比月球正面的几个激光反射棱镜离地球更远的距离。配合地面0.5米口径的激光发射望远镜和1米口径的激光接收望远镜，预计可以达到精度优于15毫米的单程测距，测距结果帮助鹊桥号进行轨道校验。

发射和轨道

发射历程

2018年4月15日，“鹊桥”进抵发射场，5月8日，CZ-4C火箭完成转载转运及吊装工作，6天后完成转场工作，CZ-4C火箭5月21日5时28分成功将嫦娥四号中继星“鹊桥”送入预定轨道。 5月25日21时46分，“鹊桥”中继星成功实施近月制动，进入月球至地月约瑟夫·拉格朗日L2点的转移轨道。 6月14日11时06分，探月工程嫦娥四号探测器任务“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。嫦娥四号着陆器与玉兔二号巡视器工作正常，2019年1月11日在“鹊桥”中继星支持下顺利完成互拍，地面接收图像清晰完好，中外科学载荷工作正常，探测数据有效下传，搭载科学实验项目顺利开展，达到工程既定目标，标志着嫦娥四号任务圆满成功。至此，中国探月工程取得“五战五捷”。

轨道情况

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探测器着陆器、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，实现对嫦娥四号着陆器和巡视器的中继通信覆盖。

运行任务

2018年12月8日，嫦娥四号探测器如期升空，开启了人类首次月背探索之旅。“鹊桥”中继星与在环月轨道运行的嫦娥四号着巡组合体进行了两次中继链路通信试验。2019年1月3日，“鹊桥”中继星支持嫦娥四号着巡组合体顺利完成落月和两器分离任务。“鹊桥”中继星支持嫦娥四号探测器着陆器和巡视器完成了多个月昼的月面工作，提供了稳定可靠的中继通信链路。在完成通信中继任务的同时，中继星上还携带低频射电探测仪、激光反射镜等科学和技术试验载荷，开展科学探测和新技术试验。中继星上搭载了荷兰与中国科学家联合研制的低频射电探测仪，可“聆听”来自宇宙深处的“声音”，并与地面上的探测设备联合进行干涉测量。此外，中继星上还搭载了中山大学研制的激光角反射镜，以开展迄今最远距离的激光测距试验，为未来的应用奠定技术基础。

国际合作

中国政府已同意美国航空航天局(NASA)及其他国家航空航天机构使用中国的“鹊桥”月球中继卫星,共同完成未来的月球探索任务。

取得成就

“鹊桥”号中继星是世界首颗运行于地月约瑟夫·拉格朗日L2点的通信卫星，为嫦娥四号月球背面软着陆探测任务提供地月间的中继通信。

作为嫦娥四号任务的重要组成和关键环节，中继星的轨道“选址”在地月系拉格朗日L2点。作为地月系内的五个拉格朗日点之一，L2点位于地月连线的延长线上，随着月球以相同角速度绕地运行。因该点独特的空间位置和动力学特性，环绕在其附近的航天器可以始终飞行在月背面上空。此前，仅有美国的Artemis任务和中国的探月三期飞行试验器以拓展试验的名义短暂造访过这片神奇的空域。