二． 鹊桥选址

尽管确定了晕轨道作为鹊桥号卫星的轨道类型，但对于实际的轨道设计，我们的轨道专家则考虑得更多。

一方面，作为使命轨道的晕轨道不能太小。因为鹊桥号的初衷是为嫦娥四号的月背探测提供持续的数据中继传输，过小的轨道会进入月球相对地球的阴影区，信号被月球遮挡——这被称为月掩。这是我们不采用李萨如轨道的原因，复杂的进动轨道在漫长的任务周期中难免出现月掩，这对于任务设计而言不可接受。

月掩示意图 |图片来源高珊，周文艳等 @中国空间技术研究院

另一方面，作为使命轨道的晕轨道又不能太大。我们把落月的嫦娥四号探测器和鹊桥号中继星的连线，与嫦娥四号当地月球地平线的夹角称为高度角。这个角度是嫦娥四号探测器“仰望”中继星的角度，如果高度角太小，信号就相当于贴着月球表面发射，严重影响信号质量。

月球高度角示意图

当使命轨道的振幅过大时，高度角自然会减小，而同高度角情况下月球表面能“看”到中继星的区域也会变少。因此，鹊桥号卫星的使命轨道在地月公转平面外的振幅，可以取1万到1.5万千米。这样，在中继星的3年任务周期内，可以100%不间断地被嫦娥四号“仰望”，并且信号质量有保障。

嫦娥四号与鹊桥号中继星进行低高度角通信 |图片来源@中国空间技术研究院

到此为止了吗？

当然没有，科学家还要考虑轨道的光照条件。

地球和月球在被太阳光照射时，会在他们身后形成一道长长的阴影，依靠太阳帆板提供电力的鹊桥号，如果长期运行在地球或月球的阴影中，就会出现电力不足，无法正常工作的情况。

地影和月影 |图片来源高珊，周文艳等 @中国空间技术研究院

在对比了南北两个方向振幅的使命晕轨道后，科学家们发现，在任务周期内，南向振幅的晕轨道在地影和月影的发生次数、持续时长等方面都要好于北向的轨道。

因此，最终鹊桥号中继星选择了南向振幅13000km、轨道平均周期14天的晕轨道作为使命轨道。出于优化燃料使用的目的，鹊桥号的轨道控制采用拟晕轨道方式，实际轨道与使命轨道的偏差保持在较小的范围内，每半圈（7天）进行一次轨道维持。

图片来源 @中国空间技术研究总体部

三、飞向L2

鹊桥号卫星的轨道设计缜密而完善，但地月相距38万千米，地月系统的L2点更是在地球的45万千米之外，如何顺利地将鹊桥号卫星送达预定轨道也是需要动一番脑筋的。

为此，我们的科学家设计了精巧的转移轨道，可以使卫星以较少的燃料消耗安全抵达预定位置。

鹊桥号中继星的飞行轨道 |图片来源吴伟仁，王琼等 @探月与航天工程中心

为了充分利用月球引力辅助减速，鹊桥号的近月点高度只有100千米，这对卫星的中途修正点火精度有着很高的要求，稍有偏差，鹊桥号就会步美国徘徊者4号的后尘，直接撞击月面。

在鹊桥号到达L2点后，还要进行下图中的三次变轨，真正进入绕L2飞行的晕轨道。

鹊桥号中继星的转移轨道 |图片来源高珊，周文艳等 @中国空间技术研究院

2018年5月21日5时28分，鹊桥号中继星搭载长征四号丙运载火箭，由西昌卫星发射中心发射升空，这也是长征四号系列火箭的第一次高轨道发射。

图片来源 @新华社

上世纪80年代，我国为发射地球同步轨道卫星研制三级运载火箭，出于技术稳妥性考虑，采用常规燃料第三级的长征四号一度是第一方案。关键时刻，以任新民为代表的老一辈航天人，敏锐地意识到液氢/液氧发动机在高轨道发射方面有着更广阔的前景，果断向党中央建议支持采用氢氧机的长征三号火箭执行同步轨道发射。而长征四号系列则转为发射太阳同步轨道和低地球轨道卫星。

鹊桥号中继星的发射，也让长征四号终于圆了设计之初的梦想。

航天巨擘任新民院士|图片来源 @中国运载火箭技术研究院

5月25日21时32分，鹊桥号实施近月制动，这次制动精度很高，原计划后续的第四次轨道修正取消。

6月14日11时，鹊桥号成功进入Halo使命轨道。

目前，鹊桥号整星工作正常，设备温度正常，各次轨控正常，平台各分系统功能正常，正在月球的另一边，静待嫦娥四号探测器的到来。

待到嫦娥归来时，天堑变通途。

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