嫦娥四號中繼星成功發射 新華社發
5月21日凌晨5點28分，我國在西昌衛星發射中心用長征四號丙運載火箭，成功將嫦娥四號任務“鵲橋”號中繼星發射升空。
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梁。而這座橋梁，是給今年年底將要實施的嫦娥四號探月任務架設的。
“鵲橋”的成功搭建，使得中國成為世界上第一個向深空發射中繼衛星的國家。未來，它還可能為我國及其他國家深空探測提供服務，至少，有了這座“橋”可以節省45.5萬公里的太空通信距離。
架橋
揭開月球背面神秘面紗
由于被地球潮汐鎖定，月球只能永遠以同一面朝向地球。人們在地球上從未見過月球背面，如果沒有“鵲橋”幫忙，月球背面的嫦娥四號探測器的通信信號受月球球體阻隔，無法實現與地面的聯系。搭一座“鵲橋”，就建立了要在月球背面著陸的嫦娥四號與地面測控網絡的聯系，幫助揭開月球背面的神秘面紗。嫦娥四號的專用中繼衛星“鵲橋”發射到位于地球、月球延長線上的地月拉格朗日L2點，讓月球處于地球和中繼衛星之間。
這樣，“鵲橋”既能“看到”月球背面，也能“看到”地球。利用中繼星實現地球與月球背面的通信，這在世界范圍內也是第一次實現，是中國人的創舉。位于西安航天產業基地的航天科技五院西安分院（以下簡稱西安分院）為“鵲橋”研制了測控分系統、中繼通信分系統及天線分系統，可以有效保障“鵲橋”從升空那一刻起到在軌運行全階段各類重要數據信號的傳送和重要功能的實現。
挑戰
成功推舉“鵲橋”升空
“鵲橋”發射成功與否，將直接影響嫦娥四號探測器的發射進程，因此本次發射對發動機提出更加苛刻的要求。中國航天科技集團明確提出，承擔發射任務的發動機必須“優中選優”。
以往衛星發射總是在太陽同步軌道運行，離地球的最遠距離為2800多公里左右，而這次不同的是，“鵲橋”的最終目的地是位于距離地球45.5萬公里的地月拉格郎日L2點。這樣的發射要求，對上面級發動機的滑行和二次啟動都帶來了新的挑戰，從以往的500秒滑行時間增加至800秒，二次啟動時間也從原來的30秒左右增加至150秒左右。
這一次，位于西安航天基地的中國航天科技集團六院（以下簡稱航天六院）研制的發動機，成功推舉“鵲橋”升空，為我國“嫦娥四號”月球探測器在月球背面軟著陸搭起“鵲橋”鋪平了道路。航天六院院長劉志讓坦言：“牽動人心，壓力巨大?！?nbsp;
每一臺火箭發動機由上千個導管、上萬個零件組成，任何一個地方出現設計或生產制造的問題，后果都不堪設想。更為重要的是，火箭發動機在設計之時，就充分考慮到了飛行發射各種惡劣的環境及工作因素，這里有外部的，也有壓力、高溫、震動等多種因素，要想發動機可靠，每一個零件、組件、設計、工序必須可靠。為此，航天六院做了充分的準備和試驗，有技術仿真的試驗，也有幾萬秒的點火試驗，每一次試驗都對發動機各項指標進行了充分的驗證。僅從試驗角度看，一般發動機工作時間為200秒，而航天六院火箭發動機的地面演示驗證試驗要多次達到三倍冗余的時長，也就是用600秒長程試車去考驗發動機的各項性能。
保證
測控分系統保證不失聯
“鵲橋”要架設在距地球約45.5萬公里的拉格朗日L2點。這么遠的距離，如何保障嫦娥四號中繼衛星順利實現星際穿越，時刻與地面保持聯系，這就得靠西安分院研制的測控分系統。
從“鵲橋”坐在火箭上點火升空那一刻開始，測控分系統就立即開機工作，保證“鵲橋”和地面的聯系，將“鵲橋”的飛行路線、飛行姿態等各種重要數據實時傳回地面，同時，地面人員也可以通過測控分系統對“鵲橋”發出相關的指令。一般，地球同步軌道衛星距地面3.6萬公里左右，對衛星飛行階段和在軌運行階段的測控手段相對容易一些。嫦娥四號中繼衛星飛行距離遠，通信信號將隨著飛行器長途奔襲的距離的增大而減弱，同時，飛行軌道又比較復雜，要經歷多次的變軌和調整才能飛達終點，所以，傳統的測控手段已經不能滿足完全需求。
為此，西安分院的設計師們采用了前所未有的創新性設計手段，滿足了復雜多變的入軌過程需要，在不同的入軌階段設計了相應的工作模式，保障地面對“鵲橋”的可控。測控分系統提供的多個安全備份遙測遙控指令，就好比讓嫦娥四號中繼衛星帶了好幾部手機，“地球母親”同時給這幾部手機打電話，發出相同的遙測指令，避免了因為距離遠或其他太空因素造成的信號中斷、信息傳送不準確等問題。
除了多帶幾部“手機”，測控分系統中的S頻段數字化深空應答機，更是對嫦娥四號中繼衛星進行測控的有效保障。S頻段數字應答機是我國首臺數字化深空應答機，具有對錯誤數據自我修正的功能，保證了地面對衛星測控的準確性。數字化應答機憑借著更高的靈敏度和更強的信號捕獲能力，為模擬深空應答機提供堅強后盾支持，為整星測控的可控性提供了保障。
揭秘
“小”衛星上有個“大”家伙
嫦娥四號中繼衛星是一顆重量400多公斤的“小”衛星?？墒窃谶@顆“小”衛星上卻有個“大”家伙——大口徑傘狀天線。
為了實現和保障“鵲橋”中繼功能的順利實現，研制人員給它配備多副天線。其中，大口徑傘狀天線是最關鍵的一副，它直接指向月球，與嫦娥四號探測器對接，不僅要將地面的測控指令說給探測器聽，還要聽清楚探測器給中繼星說了些啥。傘天線，顧名思義，像一把傘一樣，在中繼星與火箭分離一段時間后，這把“傘”就打開了，這把“傘”在太空中需要經歷嚴酷的考驗。嫦娥四號中繼星在浩瀚的太空中還會經歷一段沒有光照的陰影區，陰影區的溫度是-200℃左右，最冷的地方將達到-230℃，在如此嚴寒下，傘天線全身都“凍僵”了。為了讓它從“凍僵”的狀態中恢復過來，西安分院的設計師們做了包括力學、熱學等不計其數的試驗，有效保障了傘天線能夠克服嚴酷環境，順利展開。
據西安分院副總工程師、嫦娥項目指揮陳嵐介紹，傘天線研制較難，國際上僅有少數幾個國家能實現傘天線的研制。此次嫦娥四號中繼衛星身上帶的這把“傘”是國際上第一次將大口徑傘天線成功應用于深空探測的成功案例。 （張昊 張平何怡 石喻涵）