嫦娥四号成为人类首次在月球背面软着陆的探测器，为地面与嫦娥四号探测器搭建起通信桥梁的中继星“鹊桥”发挥了关键作用。
“鹊桥”于2018年5月21日从西昌卫星发射中心升空。中国航天科技集团五院中继星“鹊桥”主任设计师孙骥说，“鹊桥”虽然不是嫦娥四号任务的主角，却是重要的组成部分，其使命就是为月球背面的着陆器和巡视器提供中继通信服务，相当于把一个地面站搬到了天上。
鹊桥号中继卫星示意图。(中国航天科技集团五院供图)
他介绍，“鹊桥”运行的轨道非常特殊，环绕地月第二拉格朗日(L2)点，距离月球背面的探测器最远有7.9万公里，距离地球近50万公里。嫦娥四号探测器的信息传给“鹊桥”后，会首先进行解调等处理，再传回地球。
中国航天科技集团五院中继星“鹊桥”总设计师张立华说，在地月L2点上，地球、月球对卫星的引力与卫星沿轨道运动产生的离心力刚好达到了平衡。中继星采用了绕地月L2点的Halo轨道(晕轨道)，只需消耗很少的推进剂就能实现长期稳定运行。在这里，中继星可以一直同时“看到”月球背面和地球，是对月球背面探测器进行中继通信的理想位置，而从地球上看，这个轨道就好像环绕月球的晕。
他介绍，美国深空探测专家罗伯特·法库在上世纪60年代第一次提出Halo轨道以及通过中继星实现与月球背面探测器通信的设想，并建议后续的阿波罗任务可以考虑到月球背面去，但因为各种原因没有实现，现在是中国人把他的想法给实现了。
中国科学院院士、中国航天科技集团五院深空探测和空间科学首席科学家叶培建表示，将尽力让“鹊桥”工作时间足够长，在其寿命内如果外国航天器想去月球背面探测，也可以通过这颗中继星获得帮助，这将是中国对世界的贡献。
鹊桥号为嫦娥四号中继通信示意图。(中国航天科技集团五院供图)
除了为嫦娥四号任务提供中继服务，“鹊桥”还将开展科学与技术实验。中继星上搭载了荷兰与中国科学家联合研制的低频射电探测仪，可“聆听”来自宇宙深处的“声音”，并将与地面上的探测设备联合进行干涉测量。
此外，中继星上还搭载了中山大学研制的激光角反射镜，将开展迄今最远距离的激光测距试验，为未来的应用奠定技术基础。
孙骥说，中继星上还搭载了几台相机，其中一台是为了监视天线展开情况，另外两台用于拍摄月球及地球和月球在不同空间位置上的合影，同时科研人员还希望用该相机观测到陨石撞击月球背面瞬间的情形。“尽管难度很大，探测到的概率极低，还是要尝试一下。”
张立华说，中继星是基于成本相对较低的小卫星平台研制，没有在深空探测任务中应用的经历，选择的运载火箭长征四号丙也是第一次在西昌发射，并且是第一次发射探月轨道卫星，因而任务风险大，研制人员面对的挑战和压力非常大。
“中继通信天线上的一些部件被太阳照射时温度达100多摄氏度，而在卫星处于长达5小时的阴影时温度又会降到零下200多摄氏度，如何在极大温差下保证天线正常工作是非常大的挑战，我们为此做了很多试验。”张立华说。
他说，该天线的研制也体现了多领域技术的交叉融合，天线上的金属网是与纺织行业技术合作的成果，肋展开机构则借鉴了钟表的发条机构。
发射前的鹊桥号中继卫星。(中国航天科技集团五院供图)
张立华说，研制团队从2015年年底接到任务，在短短30个月内按期实现了发射，加班加点是常事儿，最后半年没有休过一个周末。
据介绍，随“鹊桥”飞向深空的还有数万条中国民众的寄语，表达了他们对探索月球和深空的期望。
