今天（5月21日）凌晨5點28分，一枚長征四號丙火箭從西昌衛星發射中心升空，把鵲橋號中繼星送往月球軌道以外。這顆衛星將穿針引線，在地面和月球背面之間架起通信的橋樑。

這座橋樑，是給今年年底將要實施的嫦娥四號探月任務架設的。眾所周知，月球的自轉和公轉週期相同，導致它只有一面對著地球，我們在地球上永遠沒法直接看到月球背面。而嫦娥四號的著陸器和月球車，就要在我們看不見的月球背面著陸。只有先架好了鵲橋，嫦娥四號到了月球背面之後，才不會跟我們失去聯繫。

鵲橋號中繼星，將為前往月球背面的嫦娥四號著陸器和月球車，提供通信服務。圖片來源：chinaspaec

去吧，到月球的背面去！

嫦娥三號任務成功後，備份星嫦娥四號就成了食之無味棄之可惜的雞肋。嫦娥四號和三號基本一樣，如果只是簡單重複三號的任務，就沒有太大的科學意義，但嫦娥四號著陸器已經造好，要是放倉庫裡閒置又實在可惜，怎麼辦呢？

人類已經進行了多種多樣的月球探測，無論是環繞的軌道器、軟著陸的著陸器，還是在月面行駛的月球車都屢見不鮮，美國的阿波羅登月計劃更是6次載人登上月球，但月球背面始終是著陸和巡視探測的空白區。月球背面無法和地面直接通信，必須有中繼衛星才能進行實地探測，美國的阿波羅計劃曾提議發射中繼星並進行月球背面著陸，但阿波羅計劃到17號任務就戛然而止，至於蘇聯和其他國家更是沒有再進一步。

↑月球背面，陰影部分為SPA盆地 來源：NASA/Goddard Space Flight Cent

航天大國都放棄了，是不是月球背面沒什麼科學價值呢？恰恰相反：美國國家研究理事會為重返月球的“星座計劃”提出了35個科學目標，通過探測月球背面的南極-艾特肯盆地（SPA），這些目標幾乎就能完全實現；SPA盆地是太陽系已知的最大最深最古老的撞擊坑，美國《2013-2022年行星科學十年調研》報告中，SPA盆地取樣也是名列前茅的目標。簡單地說，雖然月亮離我們不遠，但月球背面著陸探測仍是科學探測的處女地！

面對這塊深空探測的窪地，中國當然不會無動於衷。2015年6月，中國科學家參加聯合國和平利用外層空間委員會（COPUS）舉辦的年度會議，展示了嫦娥四號任務方案並尋求國際合作，新方案核心內容就是著陸月球背面。按照計劃，嫦娥四號將在2018到2019年發射，在月球背面進行軟著陸和科學探測。為了支持月球背面的著陸和探測活動，方案中還增加了一顆中繼衛星。中繼衛星將單獨發射進入地月L2點附近的暈（Halo）軌道，設計壽命可達3年以上，它自己也將攜帶科學儀器進行探測。

4月24日，嫦娥四號的這顆中繼衛星，被正式命名為鵲橋號。

鵲橋號中繼星將運行在地月L2暈軌道上。

地月L2軌道最省事

鵲橋號中繼星將運行在地月L2暈軌道上。所謂L2，就是地月系統的第二個拉格朗日點，這是地月引力的平衡點之一。L2點位於月球的背後，到地球的距離超過40萬千米，比月球還要再遠上6.5萬千米。為什麼鵲橋號要跑到這裡來呢？

說起地球上的通信中繼，我們首先會想到同步軌道上的衛星。對於自轉週期27.3天的月球來說，它的同步軌道高度約為8.8萬千米。這個位置距離月球實在太遠，超出了地月系統的L1和L2引力平衡點。換句話說，月球同步軌道上的物體，受到地球引力的影響會大過月球引力對它的束縛，沒辦法和月球保持同步靜止。由於有地球的存在，同步軌道在月球上是行不通的。

同步軌道不行，那麼像最近頻頻炒作的星鏈和星座一樣，在月球低軌道部署中繼衛星又如何呢？這裡倒是不存在被地球引力“帶節奏”的困擾，但單顆衛星通信覆蓋範圍有限，為了保證對月球背面全時段通信覆蓋，必須發射很多衛星組成星座才行。要是未來建立永久性有人的月球基地，組建這麼一個低軌中繼星座還說得過去，為一個無人探測器這麼做，就實在小題大做了。

相比之下，地月L2軌道的優勢就相當明顯了。形象地說，月球位於中間，地球和地月L2暈軌道在兩邊。在L2軌道放一顆中繼星，就能為整個月球背面提供實時地對地通信，實在是省事省錢的好辦法。難怪美國在阿波羅計劃的時代，就探討過用L2軌道中繼星支持登陸月球背面。現在美國討論和實施的深空門戶站項目（DSG），也曾規劃運行在地月L2軌道上，以便靈活地實施探月登月、小行星探測和前往火星的任務。

為了將鵲橋號佈設到地月L2軌道，中國也做過準備工作。嫦娥五號T1服務艙就曾在2014年11月27日進入過環繞地月L2點的軌道，第二年的1月4日實施機動脫離，其間還進行了軌道維持，為鵲橋號的正常工作積累了寶貴的經驗。

嫦娥五號T1服務艙曾經前往月球背面的地月L2點，為鵲橋號中繼星積累了寶貴的經驗。這張地球（左上）和

鵲橋雖小，五臟俱全

嫦娥四號任務將實現世界上首次月球背面軟著陸，在工程和科學上意義非凡。鵲橋號中繼星也是人類第一個地月L2暈軌道的中繼星，將首次實現月球背面和地面站之間的遙測通信。那麼，這顆至關重要的中繼星長什麼樣呢？

2016年底，中國空間技術研究院公開了鵲橋號中繼星的真面目。這是一顆CAST100平臺的小衛星，設計壽命5年，雖然只有425千克重，卻能自己調姿和變軌，還帶了一面直徑4.2米的大天線，能夠和地面進行2M的高速通信，與嫦娥四號著陸器和巡視器的通信速度也能達到100k以上。

除了為嫦娥四號提供通信中繼以外，鵲橋號還有自己的探測使命。

鵲橋號將攜帶荷蘭-中國低頻探測器（NCLE），探測來自於早期宇宙的低頻射電輻射。由於鵲橋號位於月球軌道以外，遠離地球的電離層，並且能夠阻擋來自地面的大量干擾信號，它將為低頻射電觀測提供一個絕佳的環境。NCLE將展開不同的天文觀測試驗，包括繪製全天射電圖用於研究銀河系，檢測太陽風暴和來自行星的射電脈衝，最終將嘗試探測大爆炸後宇宙中出現的第一束光。

鵲橋號還會攜帶中山大學研製的激光反射器進行激光測距試驗，為未來在空間探測引力波的“天琴計劃”做先導性研究工作。

除了鵲橋號以外，長征四號丙火箭的這次發射，還將帶上總重91千克的另外兩顆微衛星，那就是哈爾濱工業大學研製的“龍江一號”和“龍江二號”。火箭發射後，鵲橋號中繼星將飛向地月L2軌道，兩顆龍江號微衛星則將進入一條長橢圓軌道，環繞月球進行編隊飛行。這兩顆衛星將構成超長波干涉儀，利用各自1米長的天線，在低於30兆赫茲的波段進行天文觀測。不僅如此，一顆龍江號微衛星上還將攜帶沙特阿拉伯提供的微型光學相機，進行地月空間拍照成像。

凌晨5點28分，西昌衛星發射中心，我國探月工程嫦娥四號任務的鵲橋號中繼星成功發射升空。鵲橋號將會前往比月球更遠的地方，在地球和月球背面之間架起一條通信鏈路。不久後，嫦娥四號也將啟程前往月球，完成人類首次在月球背面著陸的壯舉。

希望，作為先遣部隊的鵲橋號，此行一路順利！（編輯：Steed）

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