中国月球中继通信卫星的发展与展望

中国月球中继通信卫星的发展与展望

中国的“嫦娥四号”月球探测器实现了人类航天器首次在月球背面软着陆，经由“鹊桥”中继通信卫星与地面站建立通信：“鹊桥”围绕地月L2点轨道做周期运动，实现地面站和“嫦娥四号”探测器的沟通。在综述文章中，“鹊桥”中继星的总设计师张立华解释了月球中继通信卫星的方案构想，描绘了月球中继通信系统的未来。

58彩票由于潮汐锁定，月球背面总是对地球不可见。20世纪的首轮登月任务已经验证了在地球地面站和登月探测器之间直接进行通信联系，能够实现不间断的无线电通信。然而，潮汐锁定令信号无法穿过月球到达地球，故而使得月球背面的探索任务极具挑战性。

尽管如此，中国的 “嫦娥四号” 月球探测器于2019年1月首次实现了航天器在月球背面软着陆。着陆器和月球车在这块从未开发过的区域采集图像和数据，并将结果传回地球。但“嫦娥四号”探测器是如何与地球沟通的呢？张立华总师表示，答案正是中继通信卫星“鹊桥”。

58彩票正如张总师在发表于《空间科学与技术》(Space: Science & Technology)上的综述所说：“鹊桥”是一颗前所未有的卫星，它的设计只为满足一个目的——充当“嫦娥四号”探测器和地球之间的沟通桥梁。“鹊桥”于2018年发射升空，进入绕地月L2平动点的Halo轨道。此处的地月引力作用具有特殊性，可以允许“鹊桥”以较小的轨道维持代价运行在任务轨道上，一直保持与月球背面和地球可见，从而建立连接不间断的中继通信。将卫星送入此特殊轨道需要精心规划、仔细维护。而本次任务的成功也为今后将卫星送入其他地月平动点特定轨道开创了先例。

由于“鹊桥”卫星的特殊空间位置，使其能够担任地面站和“嫦娥四号”探测器的沟通媒介。“鹊桥”配备了两种特殊的天线：一个伞形天线和多个螺旋天线。伞形天线的直径为4.2米，用于在X波段（7-8GHz）实现对着陆器和月球车的中继通信。

此外，螺旋天线用于在S波段(2-4 GHz)与地面站通信。所，各个通信链路均可同时进行数据发送和接收。该综述亦涉及“鹊桥”及未来中继卫星的设计考量，如中继通信传输模式、多链路数据速率等。

在过去两年多的服役时间中，“鹊桥”已经协助完成了月球车和着陆器的大量的数据收发。张总表示：“中国和其他国家的科学家都根据这些数据开展了分析和研究，取得了有价值的科学成果。‘鹊桥’的运行寿命越长，嫦娥四号任务所能取得的科学成果就越多。”“鹊桥”通信卫星在任务轨道上的预期服役寿命有望达到五年以上。

58彩票张总师展望了月球探测任务的前景；针对未来的探月任务，他也展望了中继通信系统的发展方向，建议发展可持续的中继通信卫星系统，服务于各种探月任务。该系统应该采用开放、可扩展的架构，保证服务的灵活性，实现互通操作、交叉支持和兼容通信。月球中继通信卫星系统的发展对未来的探月任务至关重要，而国际合作也有助于未来中继通信卫星系统的开发。

来源：空间科学与技术