“鹊桥”通往月球背面，最重要的一点。 中国探月大动作：鹊桥号中继星发射升空 这是世界首颗运行于地月拉格朗日L2点的通信卫星
通信桥梁
必须先发射“鹊桥”，让它去充当架设在嫦娥四号与地球间的“通信中继站”，专门解决着陆月球背面的探测器对地通信问题。 图据法制晚报
5月21日清晨，在嫦娥三号“奔月”4年多之后，中国又做出一个探索月球的大动作——在西昌卫星发射中心将探月工程嫦娥四号任务鹊桥号中继星发射升空。
这是世界首颗运行于地月拉格朗日L2点的通信卫星，它的成功与否对2018年年底中国探月工程嫦娥四号任务——世界首次月球背面软着陆和巡视勘察任务至关重要。
1
鹊桥有多重要？
中国第一次应用于深空探测重大任务的小卫星
在与长征四号丙运载火箭完成星箭分离后，“鹊桥”进入预定地月转移轨道，相继展开卫星太阳翼和中继通信天线，飞向月球。
中国航天科技集团五院“鹊桥”号中继星项目经理张立华接受新华社记者采访时表示，后续，“鹊桥”还需进行12次轨道控制任务，经过中途修正、近月制动和月球借力，进入月球至地月L2点的转移轨道，通过3次捕获控制和修正后，最终进入环绕地月L2点的使命轨道。
地月L2点是卫星相对于地球和月球基本保持静止的一个空间点。位于地月连线的延长线上，到月球的平均距离约为6.5万公里，距地球40多万公里。
“鹊桥”虽然只有400多公斤重，但它是中国第一次应用于深空探测重大任务的小卫星。专家们坦言，这次任务周期长、难度大、风险高，卫星的飞行轨道也与众不同。
2
月球背面有多特别？
月球总有一面背对着地球，无法直接与地球进行测控通信和数据传输
中国探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁说，由于月球绕地球公转的周期与月球自转的周期相同，所以月球总有一面背对着地球，这一面称之为月球背面。着陆在月球背面的探测器会受到月球自身遮挡，无法直接与地球进行测控通信和数据传输，因此必须先发射“鹊桥”，让它去充当架设在嫦娥四号与地球间的“通信中继站”，专门解决着陆月球背面的探测器对地通信“不在服务区”的问题。
至今，月球的许多秘密，尤其是背面，仍然未能解开。月球背面之所以显得神秘，原因在于我们无法从地球上直接观测到月球背面。月球这种规律称为潮汐锁定（或同步自转、受俘自转），发生在重力梯度使天体永远以同一面对着另一个天体，即月球永远以同一面朝向着地球。潮汐锁定的天体绕自身的轴旋转一圈要花上绕着同伴公转一圈相同的时间。这种同步自转导致一个半球固定不变的朝向伙伴。月球的自转和公转周期都大约是4星期，因此无论何时从地球观察月球，都能看见同一面的半球。直到1959年，从太空船月球3号传送回来的照片，才完整地看见月球背面。
3
为什么是拉格朗日L2点？
在拉格朗日点上，探测器消耗很少的燃料即可长期驻留
“鹊桥”中继星的运行轨道有什么特殊之处？来看中国国家空间科学中心博士，现中国运载火箭技术研究院总体设计部型号设计师钱航的讲述：
为了解决在背面与地球直接通信的问题，中国科学家提出了解决方案——把中继卫星发射到月球背面上空的地月引力平衡点L2点。
而要回答什么是引力平衡点，可以从我国当代知名科幻作家刘慈欣科幻小说《三体》说起，在这本小说里构造出了一个复杂而迷人的宇宙体系。但是，这样一个忽然很规律、忽然很紊乱的三体系统在宇宙中是不存在的，即使存在，也会很快崩溃。不过，小说中提到三体问题，倒还真是天文学家和数学家们数百年来面临的一个巨大难题。
自从牛顿提出万有引力定律以来，人们就很容易精确计算出宇宙中两个天体在引力作用下的运动情况，得到天体的运行轨道。但是，有第三个天体存在的话，情况就完全不同了。然而即使是极其简化了的三体问题，从牛顿那时开始，在随后的200多年中，欧拉、拉格朗日、拉普拉斯、庞加莱等等数学大师们绞尽了脑汁也未能将它攻克。既然三体问题难以解决，人们就开始尝试求解一些经过简化的三体问题，即所谓的限制性三体问题。我们考虑一种情况：两个大质量天体（比如太阳和地球）相互绕转，第三个天体的质量小到可以忽略（比如小行星、卫星或探测器），但是这个小天体又处于两个大天体引力的影响下，这就是限制性三体运动。
18世纪的法国数学家拉格朗日在这个问题上做出了突破性的贡献，他研究的是所谓的椭圆轨道限制性三体问题，椭圆轨道是宇宙中天体运动的常见轨道。拉格朗日对限制性椭圆轨道三体运动求出了五个特解，并由此计算出5个在三体系统中引力达到平衡的所谓“拉格朗日点”，如果把物体放到三体系统的拉格朗日点上，物体会保持相对静止状态。这5个拉格朗日点简称为L1-L5。
其中，L1-L3都位于两个大天体的连线或延长线上，L1-L3都是不稳定的，也就是说，如果这个点上的物体受到外界扰动而偏离了这个位置，就不会再回到这个位置，而是日渐远离。L4和L5分别位于较小天体绕较大天体运行的轨道上，与两较大天体组成非常稳定的等边三角形。当时限于观测条件，这个计算结果无法验证，不过100多年后，天文学家在太阳系里找到了实例，那就是特洛伊小行星群，这些小行星分成两组，分别在木星-太阳系统的L4和L5上，和木星、太阳恰好组成了两个等边三角形。
但如果把嫦娥四号中继卫星直接部署到这个拉格朗日点上，则中继星就和月球一起以相等的角速度围绕地球运动。可是中继星始终在月球背后，从地球上总是看不到它，也就不能进行中继通信了。
为了解决这个问题，可采用晕轨道形式。从地球上看，在晕轨道上运行的航天器呈现为围绕太阳或月球的视运动，也就是看起来像日晕或月晕。选择的晕轨道在与地-月连线垂直并通过平动点的平面附近。航天器距平动点的距离超过3500公里，围绕平动点的运动周期约为半个月。这样就使月球背面与地面实时通信的困难得到解决。
无论选择哪一种晕轨道,航天器都要具有控制轨道的能力。这是因为，在同一直线上的平衡点（L1和L2拉格朗日点）实际上是动态不稳定的，扰动将使小天体离平衡位置越来越远。因此在L1和L2点附近的航天器实际上需要靠自身的推进系统来进行轨道维持。
在这里，地月引力达到平衡，鹊桥号相对地球和月球达到静止状态，轨道维持需要的燃料少，获取的日照充足。
4
除了通信还有哪些任务？
给月球和地球拍合影、聆听低频的宇宙之声……
“‘鹊桥\’是颗小卫星，研制时间只有两年半，但作为嫦娥四号任务的重要组成部分，它的技术状态比较新，设计寿命达3年，而且质量要求非常严格，整个卫星的地面加电测试时间超过1300个小时。”张立华说。
“鹊桥”携带一大一小两个相机，小的专门观察卫星天线的展开情况，大的可以给月球和地球拍合影。
张立华表示，在确保完成通信中继保障使命的同时，“鹊桥”也拉开了探月国际合作的新序幕。“鹊桥”携带了由荷兰研制的低频射电探测仪，未来将开展在轨科学探测试验。
这个低频射电探测仪可以聆听低频的宇宙之声，这些宇宙之声携带着宇宙大爆炸后几亿年时间里的蛛丝马迹，那时正是氢气云孕育第一代恒星的宇宙黑暗时代。专家称，这一科学探测将等嫦娥四号探测器完成主要任务之后再继续展开研究。
望远镜
月球为什么这么“红”？
●“新一轮探月热与冷战时期不同”
●人类没去过月球两极和背面，月球可探索空间还很大
近两年，航天大国竞相宣布探月新计划，“广寒宫”不再清冷寂寞，再次成为人类航天探索的“热目标”。
例如，美国太空探索技术公司打算开启商业太空旅行项目，送游客绕月飞行；沃达丰、诺基亚和奥迪等公司计划合作发射月球探测器并在月球上搭建首个4G网络。
沉寂数十年后，各国缘何“扎堆”探月？美国乔治·华盛顿大学空间政策研究所前主任洛格斯登和俄罗斯齐奥尔科夫斯基航天研究院院士热列兹尼亚科夫在接受新华社记者采访时表示，随着探月科技和相关构想日益成熟，世界各国纷纷制定新的探月计划。洛格斯登表示，人类没去过月球两极和背面，月球可探索的空间还很大。
这两名专家均强调，新一轮探月热与冷战时期的“实力展示”不同，各方均理智地从科学研究、资源开发等实用角度出发，在竞争与合作中开展包含实质内容的空间探索。热列兹尼亚科夫说，目前各国制定探月计划时非常理智，并不是为了与他国竞赛。
俄罗斯科学院通讯院士、前宇航员尤里·巴图林说，需要明确的是，载人登月不是目的，开发月球才是未来方向，人类在开发月球方面所面临的任务艰巨性远远超过美国“阿波罗”计划。
本组稿件据新华社
央视新闻客户端
新京报等
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