九天揽月，相约“鹊桥”
北京时间2024年3月20日8时31分，“鹊桥二号”在中国文昌航天发射场由长征八号遥三运载火箭发射升空。
“鹊桥二号”是干什么的?作为中继通信卫星，它主要为探月四期工程执行月球背面的月球样品采集任务提供公共中继星平台，为“嫦娥六号”“嫦娥七号”“嫦娥八号”等月球探测器执行任务提供中继支持，将与“嫦娥七号”“嫦娥八号”构建月球科研站基本型。
月球始终有一面“面对”地球，有一面“背对”地球。航天器登上月球正面，和地球联系没问题；在月球背面登陆，和地球联系就难了，因为月球会像盾牌一样挡住来自正面和背面的无线电波，使它们无法穿透月球。
此前，鹊桥中继通信卫星(简称初代“鹊桥”)于2018年上天，绕着地月拉格朗日L2点运行，充当太空通信“二传手”，帮助“嫦娥四号”实现了人类首次在月球背面软着陆与巡视探测。但设备和人一样，有终老的一天，初代“鹊桥”的设计寿命为5年。所以，“鹊桥二号”今年上天了。
那么，“鹊桥二号”上天后会待在哪里呢?
“鹊桥二号”和初代“鹊桥”不同，沿椭圆形轨道绕月球运行，离月面最近约200千米，最远约16000千米。
奇怪，“鹊桥二号”绕月球运行为什么不沿圆形轨道，而沿椭圆形轨道?
如果“鹊桥二号”的运行轨道是圆形，而且距离月球表面比较近，那它每运行一圈会有一半时间无法帮助“嫦娥六号”的着陆器与地球联系。但如果“鹊桥二号”的运行轨道是椭圆形，与月球表面最远距离和与月球表面最近距离相差很大，而且最远点是在“嫦娥六号”的着陆器的上方，情况就不同了——通信信号中断时间会很短，“鹊桥二号”在绕月过程中有一大半时间可以帮助“嫦娥六号”的着陆器与地球联系。
“鹊桥二号”上天后，首先在一条周期为24小时的环月大椭圆冻结轨道上运行一段时间，为“嫦娥六号”提供中继服务；然后变轨，进入一条周期为12小时的环月大椭圆冻结轨道。这两条轨道上有地球引力作用的震荡平衡点，使航天器能长期稳定运行且不用消耗太多推进剂，所以被称为冻结轨道。
“鹊桥二号”重约1200千克，而初代“鹊桥”重不足450千克，前者的“体重”是后者的近3倍。这是因为“鹊桥二号”不仅起通信作用，而且要执行科学探测任务，带了不少仪器，比如极紫外相机、阵列中性原子成像仪、地月VLBI试验系统等。
极紫外相机：给地球周围的空间拍摄一系列特殊的“照片”，展示地球空间环境的变化，帮助科学家研究太阳活动如何影响地球空间环境、理解地球的磁场和电离层等之间的相互作用、探索能量在这些区域间的传输过程。
阵列中性原子成像仪：通过飞行时间测量结合二维编码成像探测技术，完成磁层能量中性原子的种类、能量及方向分布成像探测，实现地球磁尾、环电流的高时空分辨全景成像，为科学家研究地磁暴等提供观测数据支持。
地月VLBI试验系统：通过已有的多个射电望远镜之间的干涉，利用“鹊桥二号”作为中继站，实现对宇宙中天体的高分辨率观测。
杨小文军 摘自《少儿科技》2024.10
