作为一个中国人你必须知道！嫦娥四号中继星背后的故事！双伴星月传闻

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双伴星月

传闻，月亮是一对双生花，其中一个体积微小，而另一个则是如今我们天天看到的月亮。

地球曾被其他巨大行星撞击，产生了月亮的同时，也产生了一颗小月亮，它和月亮同时绕着地球转动。之后，小月亮和月亮相撞，造成了月亮地表的差异，当然，见证这一切的是当时没有生命的地球。

还有人认为小月亮可能是外星人停放UFO的场地；小月亮也有可能是外星人在星际旅行中歇脚的UFO基地，因为操作不当，而和月亮发生了碰撞。

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然而陪伴了地球超过45亿年的，仍然是月球这一颗天然卫星。它对地球地轴指向、自转稳定、周期潮汐、夜晚照明等有着巨大意义。可以说，离开了月球，地球根本不会是今天这种光景。

为什么我们永远看到的是月球的一面

而看不到另一面呢？

由于地球强大引力的影响，月球也付出了很大代价：地球将它的自转周期减慢为与围绕地球公转周期完全一样，也就是潮汐锁定。

在这种效应下，身处地球的人类基本永远只看到月球的“正面”，只能在月球的天秤动效应下（月球轨道是椭圆，在轨道不同点的公转速度不同，月球自转也相对地球轨道面有一定倾角）看到月球“背面”一小部分（积累下来的极限是18%）。

但总体来看，人类是无法看全月球背面的。

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人类在地球上永远只能看到的月球正面（左）

和看不全的背面（右）（图片来源于NASA）

为什么要研究月球的背面

1.地质学研究

月球背面具有不同于月球正面的地质构造，多“山”多“谷”，所以对研究月球和地球的早期历史具有重要价值。

地球上经历了多次沧海桑田，早期地质历史的痕迹早已消失殆尽，只能寄望于从月球上仍保存完好的地质记录中挖掘地球的早期历史。

因此，对月球背面开展形貌、物质组成、月壤和月表浅层结构的就位与巡视综合探测，可促进对月球早期演化历史的新认知，对研究地球的早期历史也有重要价值。

2.天文学研究

在地球上，日常生产生活的电磁环境会对射电天文观测产生了显著干扰，因此天文学家一直希望找到一片完全宁静的地区，监听来自宇宙深处的微弱电磁信号。月球背面可屏蔽来自地球的各种无线电干扰信号，因而在那里能监测到地面和地球附近的太空无法分辨的电磁信号，研究恒星起源和星云演化，有望取得重大天文学成果。

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月球被面地图，上面有更多的陨石坑

月球背面的研究进程

即便到了载人航天时代，由于月球整体的阻拦，背面成了地面通信的禁区。

在过去的60年内，人类已经发射了超过百个月球探测器，其中有65个月球着陆器，但仅有非载人的环绕月球轨道器和载人的阿波罗8/10/11/12/13/14/15/16/17看到过月球背面，没有任何一个能够实现月球背面的着陆。

月球背面着陆的难度

正是由于在地球上永远看不到月球的背面，所以对月球背面进行落月探测是很困难的，因为在月球背面着陆的探测器不能直接和地球站进行无线电通信，这也正是至今全世界还没有一个国家的月球探测器在月球背面软着陆的重要原因。

什么是“鹊桥”月球中继卫星

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中继星与地球、月球的轨道关系

为了解决月球背面的无线电通信问题，最好的方案就是先发射一颗月球中继卫星，用它在地球站与在月球背面着陆的探测器之间搭建一座用于通信联系的“桥梁”。

为此，我国在发射嫦娥四号落月探测器之前先于今年5月用长征四号丙火箭把“鹊桥”送入地月拉格朗日2点。

这颗月球中继卫星距离地球约48万千米，距离月球约8万千米，预期寿命5年，而且运行非常稳定。

在这个点上，可以让月球处于地球和月球中继卫星之间，使中继卫星能同时看到地球和月球，从而能保证实时通信，解决月球背面“看不见、摸不着、无法通信”的问题，为此后发射的嫦娥四号与地球站之间提供通信链路。

当然，中国嫦娥四号登陆信号中继星是历史上首次。有了这颗月球中继卫星，在地球上就可以对落在月球背面的嫦娥四号进行测控通信和科学数据传输了。

例子

2003年，中国航天第一人杨利伟进入太空，彼时他只能在飞到中国附近卫星测控站时才能与地球联系。无论是跟国防部长通话还是跟家人问候，一次大概5分钟就必须草草结束。

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而到了2013年神舟十号，王亚平就已经能在太空中实现51分钟的太空授课，期间飞船绕了地球大半圈。到了神舟十一号，景海鹏和陈冬已经能看地面电视直播了。

他们依赖的就是我国覆盖全球的四颗信号中继卫星

天链一号

“鹊桥”月球中继卫星的工作原理

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嫦娥四号信号中继卫星带有一个口径4.2米的伞面天线

不同于大型的天链系列卫星，鹊桥使用的是我国空间技术研究院CAST100卫星平台，这是一个微小卫星通用平台，因而鹊桥也的确“身轻如鹊”，只有包含燃料也仅有几百千克。

为了稳定在遥远的深空同时保证对地月通讯的稳定，鹊桥必须定位在一个叫做地月拉格朗日二点的位置附近，选择一条独特的Halo轨道。在此前2014年的嫦娥五号T1测试飞行器已经验证了相关轨道转移和控制技术。

拉格朗日点又叫做平动点，对于两个天体而言，它们的综合引力影响在这些点（共计5个）达到平衡，那么航天器处在这个位置附近的Halo轨道时将会相对两个天体几乎静止。

拉格朗日二点就是引力平衡、在较小天体外侧的点，在月球背后。因此，选择这个点有三个重大优势：

a.随着这两个天体一同运动并与二者处在几何关系几乎不变的状态；

b.两个天体引力平衡，卫星所需要的轨道维持燃料极少；

c.没有天体遮挡，一直暴露在日照之下，太阳能丰富。

因此，对于设计寿命5年的信号中继星而言，它能够轻易稳定在这个轨道数十年，足够中国、乃至叶培建院士提出的也可以帮助其他国家类似月球背面任务使用。

在2018年底，嫦娥四号抵达月球背面时，这个鹊桥“天眼”将会执行任务的指令发送、信号中继、数据下载等功能，成为链接地球与月球的“鹊桥”。

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中继星实现地月信号传递的链路

同时，这个中继星还携带了激光反射器，验证我国的超远距离激光测距技术。2018年1月27日，我国刚实现了地月距离的激光测距，而中继星将会把这个距离进一步增加约8万千米（月球距离地球最远状态是40万千米）。

由于执行发射任务的长征四号丙火箭发射鹊桥运力尚有剩余，这次任务还将携带两颗超长波天文观测微卫星组成编队实现天文干涉测量实验。他们可以利用月球背后几乎不被地球干扰的特点，实现更加纯粹的观测。宇宙“黑暗”时期到底有什么，由它们来揭秘，这也是人类首次采用这种方式观测宇宙。

中继卫星之外

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?两颗卫星组成的“太空天文台”

在发射“鹊桥”月球中继星时还搭载发射了2颗由哈尔滨工业大学研制的龙江一号、二号月球轨道编队飞行微卫星（其中一颗卫星上载有有沙特研制的月球小型光学成像探测仪）。

龙江一号、二号是世界上首次在月球轨道形成近距离编队飞行系统，也是世界上首个星间干涉射电天文观测系统，它们将在低于30MHz的超长波段进行空间天文观测，进而打开人类认识宇宙的新窗口，探测来自宇宙深处的微弱信号，研究宇宙第一代恒星形成前的“黑暗时代”。

中国制造，

既是照亮月球背面的“天眼”，

又是链接地球月球的“鹊桥”，

预祝嫦娥四号任务一切顺利！