中国突破西方世纪难题！美砸千亿无果，中国用零头创全球首例

十大品牌 2025年10月20日 06:44 0 admin

文 | 锐观经纬

编辑 | 锐观经纬

月球背面一直是人类航天探测的“秘境”，那里不仅有直径2400公里、最大落差1.8万米的艾特肯盆地。

这个保留着太阳系早期撞击痕迹的“天然博物馆”，还是开展低频射电天文观测的绝佳场所，能避开地球电离层干扰，能探索更多宇宙的奥秘。

可难题也不少，月球背面永远背对地球，探测器与地面根本无法直接通信，要想揭开这片秘境的面纱，必须先架起一座跨越地月的“通信桥梁”。

中国的“鹊桥”中继卫星解决了这个难题，它在8万公里外的太空中精准接收微弱信号，背后藏着多少令人惊叹的技术突破？

要架起这座“桥梁”，首先得选对位置，经过反复论证，科学家把目光锁定在了地月拉格朗日点L2，这个位于地月连线延长线外侧、平均距月球6.5万公里（最大不超8万公里）的虚拟点，能让卫星以最少能量维持轨道，同时“兼顾”地球与月球背面。

不过，L2点并非完美选择，此前欧美也曾设想过类似方案，比如NASA在阿波罗17号任务时就研究过月球背面着陆，却因技术复杂、经费削减等原因不了了之，最终中国成了首个将月球背面探测从设想变为现实的国家。

“鹊桥”要在L2点稳定运行，得先攻克轨道难题，L2点本身是空无一物的虚拟点，卫星需要绕着它运行在一条特殊的晕轮轨道上。

这条轨道并非闭合曲线，而是像薯片边缘般的三维曲线，每绕一圈都会有细微变化，最终形成类似复杂弹簧的轨迹，这是数学家庞加莱计算出的三体问题结果。

更复杂的是，太空中还有太阳引力的干扰，轨道会偏离理想状态，所以“鹊桥”必须时刻调整姿态，它搭载了4台20牛顿发动机用于轨道修正，采用多备份设计，只要2台正常就能完成任务。

还有12台5牛顿小发动机负责维持姿态，关键时刻能临时“补位”。

这些发动机靠100公斤无水肼推进剂工作，这种常温下呈油状的物质，只需催化分解就能产生推力，不用额外携带氧化剂，大大简化了设计。

解决了“站得住”的问题，接下来要攻克“听得清”的难关。

“鹊桥”与月球背面探测器的直线距离约7.9万公里，可嫦娥四号着陆器、玉兔二号月球车的发射功率，只相当于几台民用对讲机，信号传到8万公里外早已微弱到极致。

想在月球车或着陆器上装大天线不现实，工程师便把“大耳朵”装在了“鹊桥”上，一面直径4.2米的抛物面天线，这是当时我国深空探测器中最大口径的通信天线，增益高达45分贝，能把微弱信号放大几万倍。

为了让这面“大耳朵”既轻便又可靠，团队采用“固网结合”设计：粗实的伞骨保证支撑力，中间用柔性金属网替代整块面板，只要网眼比无线电波波长小，就能起到连续反射面的效果。

发射时它被收拢成1米直径的“小捆”，入轨后靠弹簧机构自动展开，地面团队还模拟太空真空、低温环境做了上百次试验，确保展开后型面精度控制在毫米级，毕竟哪怕一点偏差，都可能影响信号接收。

信号接收难，精准指向更难。大口径天线增益高，但指向性也极强，想和月球背面的探测器“对话”，偏差不能超过0.2度。

可“鹊桥”、地球、月球都在运动，若给天线加转向机构，会增加重量和故障风险，工程师最终选择让整星调整姿态来控制天线指向。

为了实现高精度定位，“鹊桥”配备了激光陀螺和星敏器：激光陀螺测量角动量，计算自身相对角度；星敏器像“找星星的望远镜”，通过恒星位置校准姿态，两者配合让定位更精准。

入轨后，上海天马站的65米射电望远镜还会帮“鹊桥”做天线指向标定，卫星按螺旋或十字交叉方式扫描，地面通过分析信号强度计算偏差，再修正轨道，最终把指向精度控制在0.1度以内，远超任务要求。

在太空中，“鹊桥”还要面对极端环境的考验，它运行的轨道会经历长达4个多小时的“阴影期”，此时卫星处于地月阴影中，温度骤降至-230℃以下，比南极最冷时还低140℃，裸露的天线伞骨、张力绳等部件随时可能因低温收缩损坏。

工程师们想出了多套应对方案：卫星内部关键部件包裹着金灿灿的多层隔热材料，减少热量散失，进入阴影前，设备会提前预热，同时关闭非必要负载，把电力集中供给核心通信设备。

外部机械结构则要在地面的大型真空低温试验罐中反复测试，确保能“扛过”黑暗期的严寒。

更让人惊叹的是，“鹊桥”还是个轻量化能手。

它由运载能力有限的长征四号丙火箭发射，整星重量被严格控制在448.7公斤，尺寸仅相当于一张高85公分、长宽1.4米的大桌子。

为了在有限重量里实现更多功能，工程师们想尽办法减重增效，把多个电子芯片集成到一个模块，体积缩小50%、重量减轻40%。

星敏传感器支架等部件采用3D打印技术，做出中空结构，重量从0.46公斤降至0.19公斤，减重59%却不影响强度，真正做到了螺蛳壳里做道场。

别看“鹊桥”个头不大，功能却远超“中继”本身，它还搭载了荷兰研制的低频射电探测仪，能在100kHz~80MHz频段捕捉地球电离层辐射、太阳活动，甚至银河系深处的射电信号，利用月球背面无干扰的优势，填补低频射电观测的空白，科学家还计划将它的观测数据与欧洲地面阵列结合，可以让我们更深入的了解。

此外，“鹊桥”携带的大尺寸空心角反器，还把人类激光测距距离从地月38万公里提升到了地“鹊”48万公里，为精确计算地月距离、检验广义相对论，以及未来火星探测的测距技术积累了宝贵经验。

2018年5月21日，“鹊桥”由长征四号丙火箭发射升空，开启了为期4天的地月转移之旅。

星箭分离后，它先展开太阳电池板，再顺利解锁抛物面天线，快速建立正常飞行姿态，5月25日，在距月面100公里处，4台20牛顿发动机点火912秒完成近月制动，进入月球到L2点的转移轨道。

“鹊桥”发射时还顺带搭载了两颗47公斤的小卫星，龙江1号和2号，由哈尔滨工业大学研发。

这两颗小卫星原本计划进入近月点300公里、远月点3000公里的长椭圆轨道，相隔10公里对月球表面开展联合无线电干涉测量。

可意外还是发生了，5月22日，龙江1号在进行轨道修正时突然失联，地面团队陷入两难，龙江1号与2号是孪生星，若前者控制系统有问题，后者很可能也存在隐患，到底要不要给龙江2号修正轨道？

这个小插曲也让人们看到，航天探索从来不是一帆风顺，每一次成功背后，都藏着无数次对风险的预判与克服。

其实很多年来美国也一直在探究月球背面，到18年时，就已经耗资上百亿美元，可中国仅用零头就解决了这个问题，成为全球首例，还是很权威的，而“鹊桥”在中间出大力了。

从攻克轨道难题到捕捉微弱信号，从抵御极端低温到实现轻量化设计，“鹊桥”不仅为嫦娥四号搭建了地月通信的生命线，更在8万公里外的太空中，表现了中国航天的技术实力。

它就像一位默默坚守的“信使”，把月球背面的秘密源源不断传回地球，也为人类探索更深邃的宇宙，铺就了一条更坚实的道路。

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