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3月20日，探月四期後續工程的“關(guan) 鍵一環”——鵲橋二號中繼星由長征八號遙三運載火箭在中國文昌航天發射場成功發射升空。

圖片來源：新華社（楊冠宇 攝）

火箭飛行24分鍾後，星箭分離，將鵲橋二號中繼星直接送入近地點高度200公裏，遠地點高度42萬(wan) 公裏的預定地月轉移軌道，中繼星太陽翼和中繼通信天線相繼正常展開，發射任務取得圓滿成功。這次發射任務的亮點有哪些？讓我們(men) 來展開說明一下。

1、長八遙三，厲害在哪？

鵲橋二號中繼星所選用的長征八號運載火箭是我國新一代運載火箭成員，是一型麵向國際商業(ye) 衛星發射市場研製的中型低溫液體(ti) 運載火箭。此次發射是長征八號運載火箭的第三次發射，也是該火箭首次執行深空發射任務。同時，本次發射任務也將使其成為(wei) 繼長征三號甲、長征三號丙、長征三號乙、長征四號丙和長征五號之後，我國的第六型執行深空發射任務的運載火箭。

長征八號是一型基於(yu) “模塊化、組合化、係列化“思路研製的液體(ti) 運載火箭。該箭芯一級和助推器模塊與(yu) 長征七號對應模塊相同，使用了推力較大、成本較低的液氧煤油動力；芯二級則繼承了長征三號甲係列的氫氧末級模塊，兼收了氫氧動力的高效率優(you) 勢。長征八號的模塊化還體(ti) 現在其包含基本型和單芯級兩(liang) 種構型。基本型采用兩(liang) 級半構型，由芯一級、芯二級和兩(liang) 枚助推器構成，基本型去掉助推器則形成單芯級構型。

長八遙三為(wei) 采用兩(liang) 級半構型的基本型，最大高度50.34米，一級直徑3.35米、二級直徑3米、助推器直徑2.25米，最大起飛質量356噸。火箭芯一級配備2台YF-100液氧煤油發動機，單枚助推器配備1台YF-100發動機，芯二級配備2台YF-75氫氧發動機，起飛推力約480噸。其運載能力為(wei) 近地軌道8.1噸，太陽同步軌道5.5噸，同步轉移軌道2.8噸，地月轉移軌道大於(yu) 1.3噸。

長征八號火箭是我國第一枚通過數學建模與(yu) 仿真來獲取全箭動特性參數的大中型液體(ti) 火箭。傳(chuan) 統火箭在研製時都會(hui) 進行全箭模態試驗，用實物試驗獲取飛行中火箭的動特性參數。而長征八號通過采用虛實結合仿真的模態綜合技術，解決(jue) 了箭體(ti) 特征頻率、振型等數據獲取的難題，標誌著我國運載火箭設計和製造水平的顯著提升。

長征八號在發射時的一大看點就是其一級飛行段的主動減載。長征八號在結構特征上呈現出“大腦袋、細脖子”的特點，整流罩較大，其下麵的二子級箭體(ti) 則相對細長。這樣的外形對外界橫風幹擾更加敏感，如果沒有主動減載，就可能產(chan) 生較大彎矩，造成箭體(ti) 結構的破壞。

圖片來源：新華社（楊冠宇 攝）

按照長征八號的飛行軌道設計，火箭將在一、二級分離前通過南海上空稠密大氣層，西向的大風將對火箭飛行形成垂直作用力，對二子級施加不利的橫向載荷。為(wei) 此，長征八號火箭通過自適應減載控製，將發動機100%的推力降到77.5%，使得作用在箭體(ti) 上的動壓減少一半，保證了輕質貯箱結構對不確定風場的適應性，安全通過“危險地帶”。

2、“鵲橋”還在任，“鵲橋二號”又上崗，兩(liang) 兄弟並肩作戰更高效

說起鵲橋二號所要承擔的月麵中繼通信任務，想必大家不會(hui) 過於(yu) 陌生，因為(wei) 在2018年，其前輩“鵲橋”中繼通信衛星就已發射升空，為(wei) 嫦娥四號月背探測任務進行了通信中繼保障。

眾(zhong) 所周知，由於(yu) 月球的公轉周期與(yu) 其自轉周期一致，所以月球背麵始終背朝著地球。地球與(yu) 月球背麵探測器的直接通信受到月球自身的遮擋而無法進行，因此執行月球背麵探測任務的探測器必須依賴中繼衛星與(yu) 地球建立聯係。

2019年嫦娥四號探測器傳(chuan) 回的月背影像圖像。圖片來源：新華社

相比於(yu) 鵲橋號，鵲橋二號中繼通信衛星在其基礎上進行了升級，整體(ti) 能力和技術水平有了很大的提升。該星質量1.2噸，約為(wei) 其前輩448.7千克的三倍；設計壽命8年，比其前輩整整多了3年。

鵲橋二號最顯著的特征就是其頭頂上安裝的直徑4.2米的X波段拋物麵天線，這是一具在發射時折疊，進入太空後像傘(san) 一樣展開的折疊天線。該天線通體(ti) 金色，用於(yu) 與(yu) 月麵探測器進行通信，繼承自鵲橋號，指向控製精度優(you) 於(yu) 0.03°。

鵲橋二號還安裝有直徑0.6米，用於(yu) 與(yu) 地麵數傳(chuan) 通信的S/Ka雙波段拋物麵天線，能夠雙軸跟蹤指向地麵站。衛星上還裝了測控用的S波段天線，以及與(yu) 探測器聯係的特高頻（UHF）中繼天線。這些天線確保鵲橋二號除了能夠將探測器獲得的數據和信號轉發回地球，還向探測器轉發地麵上行的各種指令。

鵲橋二號首個(ge) “服務對象”——嫦娥六號計劃落點在月球背麵南極地區的艾特肯盆地，緯度高達88度，極為(wei) 接近月球南極點。已經超期服役的鵲橋衛星，處於(yu) 距月球約6.5萬(wan) 千米的地月拉格朗日L2點暈軌道，對低緯度地區通信時長尚能保證，但對高緯度就顯得稍有不足了。因此鵲橋二號采用了環繞月球的大橢圓凍結軌道，傾(qing) 角約55度，近月點高度200公裏左右，遠月點16000公裏左右，遠月點位於(yu) 月球南極的一側(ce) ，相比於(yu) “前輩”更加靠近於(yu) 月麵探測器。

（圖片來源：央視新聞）

也許有人會(hui) 問：如果鵲橋二號隻能在接近月球南極上空時才行實現中繼，那麽(me) 在這段保持通信的時間裏，能順利完成采樣任務嗎？這次選用大橢圓軌道，主要目的是希望衛星在月球南極上空獲得更長的中繼通信時間，盡管不能夠持續保持在月球南極上空，但足以為(wei) 月麵探測器保持一個(ge) 足夠長的通信弧段。而處於(yu) 拉格朗日L2點的鵲橋號盡管理論上對於(yu) 月背全時可見，但是月球南極附近與(yu) 其通信時，天線仰角過低，很容易受到山峰穀地等地形的遮蔽影響造成無法通信。此外，維持該軌道消耗推進劑極少，從(cong) 而保證了衛星更長久的使用壽命。

別忘了，“鵲橋二號”這次出征還帶著兩(liang) 位“保鏢”——天都一號、天都二號通導技術試驗星。雙星將隨“鵲橋二號”月球中繼衛星一同進入地月轉移軌道，擇機分離後，將編隊飛行於(yu) 環月大橢圓凍結軌道，開展導航係統空間基準異源標定、通信係統高可靠傳(chuan) 輸與(yu) 路由轉發、通信測距一體(ti) 化調製等新技術驗證。

鵲橋二號還搭載了極紫外相機、陣列中性原子成像儀(yi) 、地月VLBI係統等一係列先進設備，這些設備將助力科學家們(men) 深入探究月球背麵的地質結構、化學成分等奧秘。

3、載人登月、火星采樣，缺了中繼星可不行

此次鵲橋二號的發射隻是個(ge) 開始，從(cong) 更長遠的角度來看，它還是我國未來將要構建的深空網絡的一部分。

嫦娥六號任務完成後，鵲橋二號將會(hui) 擇機調整軌道，從(cong) 而為(wei) 嫦娥七號、嫦娥八號以及後續月球探測任務提供服務。此外，鵲橋二號還要接力鵲橋號，為(wei) 在月球背麵執行探測任務的嫦娥四號和玉兔二號提供中繼通信服務。

在今年初的第74屆國際宇航大會(hui) （IAC）上，我國透露了後續將開展發射鵲橋三號係列衛星與(yu) 鵲橋二號組網的任務。先在環月球空間和地月拉格朗日點組成航天器中繼網絡，後期根據計劃進行擴展，形成太空星際空間中轉站，通過定期軌控保持軌道穩定性，可實現對月麵著陸器、巡視器的中繼通信覆蓋，提升空間網絡傳(chuan) 輸能力。

鵲橋二號等中繼衛星的發射和深空網絡的構建，還將為(wei) 月球科研站提供穩定的通信和數據傳(chuan) 輸服務，推動科研站的建設進程。

此外，我國未來包括近地小行星采樣返回、火星取樣返回、木星探測等的深空探測任務，均需要後續中繼星的通信支持。在整個(ge) 鵲橋星座建設之後，我國將實現深空通信，不僅(jin) 是月球上麵具有信號，還將支持火星，金星網絡，在這些星球上都可以傳(chuan) 播信號，通過高速激光鏈路提供信號。

九天攬月，築夢蒼穹。時值春分，願我國的航天事業(ye) 如春光燦爛，探索宇宙的腳步更加鏗鏘。

作者：於(yu) 遠航 北京宇航係統工程研究所高級工程師

審核：劉勇 中國航天科普大使，中國空間科學學會(hui) 科普工作委員會(hui) 主任，中國科學院國家空間科學中心研究員

出品：科普中國

監製：中國科學技術出版社有限公司、中科數創（北京）數字傳(chuan) 媒有限公司

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