落月前繞月飛行了20多天，嫦娥四號在忙啥？

據科技日報1月4日報道，1月3日，嫦娥四號成功踏足月球背面，讓中國航天又一次創造了人類首次。

不過，它從2018年12月12日進入環月軌道至今，繞着月球飛了20多天才降落。許多網友表示不解：既然“起大早”，為啥要“趕晚集”？

不僅僅是為等天亮

有專家解釋，嫦娥四號要等着陸區天亮。月球整體光照情況顯示，嫦娥四號進入月球軌道時，它的預定着陸區南極艾肯盆地一帶正在進入夜晚。黑燈瞎火降落，萬一摔跟頭怎麼辦？由於一個月夜相當於地球上的14天，所以它多飛一陣，等到落區太陽高照時降落，當然更加穩妥。

但北京航天飛行控制中心軌道專家組組長劉勇告訴科技日報記者，其原因不僅於此，還跟嫦娥四號的入軌傾角與落區位置有關。

劉勇説，嫦娥四號進入環月軌道時，其軌道面與地月連線基本垂直，而它的首選着陸點——位於艾特肯盆地中部的馮·卡門撞擊坑，經度在180度左右。這意味着當時嫦娥四號的軌道並不經過落點，其間有大約270度的偏差。這需要通過月球自轉，花費20多天逐漸彌補。

有網友發問：既然要等，幹嘛不推遲半個月發射？這就涉及到發射窗口問題。

記者瞭解到，嫦娥四號的發射時間可不是隨便選擇的，要考慮很多約束條件，使它與日、地（包括地面點和近地軌道）、月（包括着月點）的相對關係滿足任務需求。例如，奔月軌道需要調整近月點經度和飛行時間，讓環月軌道臨近着月點上空，為登月創造條件；奔月飛行過程中，要考慮太陽能帆板的受曬問題，要求太陽光入射方向與太陽帆板之間的夾角保持在一定範圍內。此外在飛行和着陸過程中，還要考慮連續測控問題。這些約束條件有的決定發射月份，有的決定要在哪天、幾點發射。嫦娥四號要在月揹着陸，各種約束關係特別複雜，其形成發射機會的交集只在12月8日和9日各有2次，加起來也只有幾分鐘。正所謂“過了這村就沒這店”。

中繼通信不像打電話那麼簡單

除了上述原因，嫦娥四號這段時間也不是“閒逛”。劉勇説，出於工程上的考慮，嫦娥四號繞月期間一些設備需要開機進行測試，有足夠的時間，才能讓測試更完整，準備更充分。科工局消息透露，嫦娥四號進入環月軌道以來，進行了2次環月軌道修正，與“鵲橋”中繼星進行了4次中繼鏈路測試，開展了激光測距、三維成像、微波測距測速等導航敏感器在軌測試，為實施月球背面軟着陸做好準備。

其中，中繼通信鏈路的建立是確保任務成功的關鍵之一。

記者從中國航天科技集團五院瞭解到，鵲橋中繼星於2018年12月14日成功與嫦娥四號着陸器、巡視器組合體建立了前向/返向通信鏈路連接。前向鏈路指地面站將遙控指令發給鵲橋並轉發給嫦娥四號；返向鏈路指嫦娥四號將數據通過鵲橋轉發到地面。

這可不像我們平時打電話那麼簡單。五院嫦娥四號中繼星總體主任設計師孫驥介紹，當時嫦娥四號運行在環月軌道，鵲橋運行在距地球約45萬公里的地月拉格朗日2點Halo軌道上。為了確保它們之間通信鏈路的正常建立，鵲橋上配置的4.2米傘狀拋物面天線必須時刻精確指向嫦娥四號的航跡。在保證姿態指向的前提下，通過開啓兩個飛行器上的各類通信設備，建立X頻段的通信鏈路。

嫦娥四號和鵲橋分別在各自的軌道上高速運行，因此通信鏈路的維持是個動態過程。孫驥説，要保證通信鏈路平穩可靠，要求鵲橋像諸葛亮一樣，對嫦娥四號下一步的位置神機妙算，並保證自己的姿態準確地指向那裏。鵲橋的傘狀拋物面天線波束角極小，一個細微的姿態擾動，就會讓通信鏈路出現“卡頓”。這對鵲橋要求十分苛刻，既要“算得準”，更要“指得準”。

（作者/付毅飛）