“鹊桥”连地月 静待“嫦娥”来
嫦娥四号中继星成功发射 新华社发
5月21日凌晨5点28分，我国在西昌卫星发射中心用长征四号丙运载火箭，成功将嫦娥四号任务“鹊桥”号中继星发射升空。
这颗卫星将穿针引线，在地面和月球背面之间架起通信的桥梁。而这座桥梁，是给今年年底将要实施的嫦娥四号探月任务架设的。
“鹊桥”的成功搭建，使得中国成为世界上第一个向深空发射中继卫星的国家。未来，它还可能为我国及其他国家深空探测提供服务，至少，有了这座“桥”可以节省45.5万公里的太空通信距离。
架桥
揭开月球背面神秘面纱
由于被地球潮汐锁定，月球只能永远以同一面朝向地球。人们在地球上从未见过月球背面，如果没有“鹊桥”帮忙，月球背面的嫦娥四号探测器的通信信号受月球球体阻隔，无法实现与地面的联系。搭一座“鹊桥”，就建立了要在月球背面着陆的嫦娥四号与地面测控网络的联系，帮助揭开月球背面的神秘面纱。嫦娥四号的专用中继卫星“鹊桥”发射到位于地球、月球延长线上的地月拉格朗日L2点，让月球处于地球和中继卫星之间。
这样，“鹊桥”既能“看到”月球背面，也能“看到”地球。利用中继星实现地球与月球背面的通信，这在世界范围内也是第一次实现，是中国人的创举。位于西安航天产业基地的航天科技五院西安分院（以下简称西安分院）为“鹊桥”研制了测控分系统、中继通信分系统及天线分系统，可以有效保障“鹊桥”从升空那一刻起到在轨运行全阶段各类重要数据信号的传送和重要功能的实现。
挑战
成功推举“鹊桥”升空
“鹊桥”发射成功与否，将直接影响嫦娥四号探测器的发射进程，因此本次发射对发动机提出更加苛刻的要求。中国航天科技集团明确提出，承担发射任务的发动机必须“优中选优”。
以往卫星发射总是在太阳同步轨道运行，离地球的最远距离为2800多公里左右，而这次不同的是，“鹊桥”的最终目的地是位于距离地球45.5万公里的地月拉格郎日L2点。这样的发射要求，对上面级发动机的滑行和二次启动都带来了新的挑战，从以往的500秒滑行时间增加至800秒，二次启动时间也从原来的30秒左右增加至150秒左右。
这一次，位于西安航天基地的中国航天科技集团六院（以下简称航天六院）研制的发动机，成功推举“鹊桥”升空，为我国“嫦娥四号”月球探测器在月球背面软着陆搭起“鹊桥”铺平了道路。航天六院院长刘志让坦言：“牵动人心，压力巨大。”
每一台火箭发动机由上千个导管、上万个零件组成，任何一个地方出现设计或生产制造的问题，后果都不堪设想。更为重要的是，火箭发动机在设计之时，就充分考虑到了飞行发射各种恶劣的环境及工作因素，这里有外部的，也有压力、高温、震动等多种因素，要想发动机可靠，每一个零件、组件、设计、工序必须可靠。为此，航天六院做了充分的准备和试验，有技术仿真的试验，也有几万秒的点火试验，每一次试验都对发动机各项指标进行了充分的验证。仅从试验角度看，一般发动机工作时间为200秒，而航天六院火箭发动机的地面演示验证试验要多次达到三倍冗余的时长，也就是用600秒长程试车去考验发动机的各项性能。
保证
测控分系统保证不失联
“鹊桥”要架设在距地球约45.5万公里的拉格朗日L2点。这么远的距离，如何保障嫦娥四号中继卫星顺利实现星际穿越，时刻与地面保持联系，这就得靠西安分院研制的测控分系统。
从“鹊桥”坐在火箭上点火升空那一刻开始，测控分系统就立即开机工作，保证“鹊桥”和地面的联系，将“鹊桥”的飞行路线、飞行姿态等各种重要数据实时传回地面，同时，地面人员也可以通过测控分系统对“鹊桥”发出相关的指令。一般，地球同步轨道卫星距地面3.6万公里左右，对卫星飞行阶段和在轨运行阶段的测控手段相对容易一些。嫦娥四号中继卫星飞行距离远，通信信号将随着飞行器长途奔袭的距离的增大而减弱，同时，飞行轨道又比较复杂，要经历多次的变轨和调整才能飞达终点，所以，传统的测控手段已经不能满足完全需求。
为此，西安分院的设计师们采用了前所未有的创新性设计手段，满足了复杂多变的入轨过程需要，在不同的入轨阶段设计了相应的工作模式，保障地面对“鹊桥”的可控。测控分系统提供的多个安全备份遥测遥控指令，就好比让嫦娥四号中继卫星带了好几部手机，“地球母亲”同时给这几部手机打电话，发出相同的遥测指令，避免了因为距离远或其他太空因素造成的信号中断、信息传送不准确等问题。
除了多带几部“手机”，测控分系统中的S频段数字化深空应答机，更是对嫦娥四号中继卫星进行测控的有效保障。S频段数字应答机是我国首台数字化深空应答机，具有对错误数据自我修正的功能，保证了地面对卫星测控的准确性。数字化应答机凭借着更高的灵敏度和更强的信号捕获能力，为模拟深空应答机提供坚强后盾支持，为整星测控的可控性提供了保障。
揭秘
“小”卫星上有个“大”家伙
嫦娥四号中继卫星是一颗重量400多公斤的“小”卫星。可是在这颗“小”卫星上却有个“大”家伙——大口径伞状天线。
为了实现和保障“鹊桥”中继功能的顺利实现，研制人员给它配备多副天线。其中，大口径伞状天线是最关键的一副，它直接指向月球，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，还要听清楚探测器给中继星说了些啥。伞天线，顾名思义，像一把伞一样，在中继星与火箭分离一段时间后，这把“伞”就打开了，这把“伞”在太空中需要经历严酷的考验。嫦娥四号中继星在浩瀚的太空中还会经历一段没有光照的阴影区，阴影区的温度是-200℃左右，最冷的地方将达到-230℃，在如此严寒下，伞天线全身都“冻僵”了。为了让它从“冻僵”的状态中恢复过来，西安分院的设计师们做了包括力学、热学等不计其数的试验，有效保障了伞天线能够克服严酷环境，顺利展开。
据西安分院副总工程师、嫦娥项目指挥陈岚介绍，伞天线研制较难，国际上仅有少数几个国家能实现伞天线的研制。此次嫦娥四号中继卫星身上带的这把“伞”是国际上第一次将大口径伞天线成功应用于深空探测的成功案例。
张昊张平何怡
首席记者石喻涵
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