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鹊桥二号

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中文名 ：鹊桥二号 卫星类型 ：中继通信卫星 卫星寿命 ：8年

鹊桥二号（英文：Queqiao-2[24]），是中国研制发射的中继通信卫星。

鹊桥二号中继通信卫星重1.2吨，星上装备一个直径4.2米的X波段抛物面天线，用于与在月球背面着陆的探测器通信，还有一个直径0.6米的S/Ka双频抛物面天线，用于向地面站传输数据。该卫星主要为中国探月四期工程执行月球背面的月球样品采集任务提供公共中继星平台，为嫦娥四号、嫦娥六号、嫦娥七号和嫦娥八号等四次任务提供中继支持。

2024年3月20日8时31分，鹊桥二号中继卫星由长征八号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射升空。2024年3月25日0时46分，鹊桥二号中继卫星在距月面约440千米处开始实施近月制动，约19分钟后，顺利进入环月轨道飞行。2024年6月2日6时23分，嫦娥六号着陆器和上升器组合体在鹊桥二号中继星支持下，成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区。

研制历程

历史背景

中继卫星需求

中继卫星的主要功能是进行天基测控和空天数据中继，可为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务。该类卫星作为在太空中运行的数据“中转站”，扮演着“太空侦查员”“通信接线员”“太空导航员”的角色，对中、低轨道卫星进行实时监控，使资源卫星、环境卫星等数据实时下传，为太空运行的航天器提供预警预报、导航定位，使太空航行准确安全。作为航天大国，中国对中继卫星的需求很大，驱动了中国中继卫星的研制、发射和组网运行。

2003年，中国立项并启动了天链一号中继卫星系统工程。2008年4月25日，该系统01星成功发射，当年就参与并圆满完成了“神舟七号”数据中继服务。2011年、2012年中国相继成功发射天链一号02、03星，它们同时运行并与地面应用系统、中继终端等组成跟踪与数据中继卫星系统，中国由此成为世界第二个拥有对中、低轨道航天器全球覆盖中继卫星系统的国家。

探月工程需要

由于月球始终有一面背对地球，着陆在月球背面的探测器受到月球自身的遮挡，无法直接实现与地球的测控通信和数据传输，需要一颗中继星，为地面和月球探测器之间架起信息联通的桥梁。

中国曾在2018年发射了首颗中继星“鹊桥”，为月球背面着陆的嫦娥四号探测器提供中继通信。“鹊桥”中继星已经在轨工作多年，处于超期服役状态。

中国探月工程四期任务开展着陆探测以及采样的地点主要位于月球南极和月球背面地区，因此需要功能更广、性能更强的中继星，架设起月球对地球新的‘中继通信站’，解决月球背面探测器与地球间的通信和数传问题。

研制进程

“鹊桥”是中国中继卫星家族中新的成员，与天链一号系列中继卫星相比，虽然用途和技术途径相似，但技术挑战更大。“鹊桥”研制团队攻克了地月拉格朗日2点轨道设计与控制、远距离中继通信等关键技术，其各项性能和指标完全符合任务需求。

中国探月工程四期于2021年12月获批实施，由嫦娥四号、嫦娥六号、嫦娥七号和嫦娥八号4次任务组成。嫦娥六号将于2024年上半年择机发射；嫦娥七号和嫦娥八号将构建月球科研站基本型，开展月球环境探测等任务。

2023年1月，根据中国探月工程总体安排，2024年中国将发射鹊桥二号中继星。

2023年4月23日，2023“中国航天日”主场活动启动仪式上，计划搭载鹊桥二号中继星任务发射的两颗鹊桥通导技术试验卫星，分别正式命名为“天都一号”“天都二号”。鹊桥二号作为探月四期公共中继星平台，将为嫦娥四号、嫦娥六号、嫦娥七号、嫦娥八号任务提供中继通信服务。

系统组成

卫星总体

平台选型

鹊桥二号中继星使用的中国空间技术研究院研制的CAST2000卫星平台，是一个具有高性能、可扩展性与灵活性的小卫星平台。它采用S频段遥测、跟踪与遥控分系统、X频段数据传输分系统及三轴姿态稳定，并具有高精确控制、大范围摇摆机动、轨道灵活机动、高集成星务与高效电源能力。而且，它具有星座构型维护和相位控制功能，支持小卫星编队飞行。该平台已成功应用于几颗中国小卫星，并证明了具有良好的性能与可靠性。

鹊桥二号中继星工作寿命达8年，功率在1000瓦以上，对地最高码率达500兆比特/秒。由于长寿命、高功率，鹊桥二号不仅能用于嫦娥四号和嫦娥六号任务，还可用于2026年发射的嫦娥七号、2028年发射的嫦娥八号任务等。（“鹊桥”中继星使用的是CAST100卫星平台，工作寿命为5年，功率为800瓦，对地最高码率为10兆比特/秒。）

天线系统

鹊桥二号中继星重量达1.2吨，比“鹊桥”卫星的448千克增重很多。鹊桥二号中继星天线更多，不仅装备一个直径4.2米的X波段抛物面天线，用于与在月球背面着陆的探测器通信，还装备一个直径0.6米的S/Ka双频抛物面天线，用于向地面站传输数据。该二维可驱动抛物面天线的重量只有20千克，能通过两轴驱动机构保证该天线每时每刻都能指向地面数据接收站。直径4.2米的X波段抛物面天线是由精细的镀金钼丝编织而成，发射时紧凑收拢，进入轨道后伸展打开。其上的钼丝直径仅15-30微米，约为人类头发丝的四分之一，镀金则是为了提高反射性能。

运载火箭

长征八号是中国新一代中型运载火箭，捆绑了两枚火箭助推器，包裹鹊桥二号的火箭整流罩直径有4.2米，是中国中型运载火箭中整流罩直径最大的一款。该火箭填补了中国3~5吨太阳同步轨道运载能力空白。该次发射也是长征八号运载火箭首次奔赴地月转移轨道。

长征八号遥三运载火箭承担鹊桥二号卫星发射任务，该火箭采用芯级捆绑两枚液体助推器的两级半构型，最大高度50.34米，一级直径3.35米、二级直径3米、助推器直径2.25米，最大起飞质量356吨。火箭芯一级配备2台YF-100液氧煤油发动机，单枚助推器配备1台YF-100发动机，芯二级配备2台YF-75氢氧发动机，起飞推力约480吨。该火箭运载能力为近地轨道8.1吨，太阳同步轨道5.5吨，同步转移轨道2.8吨，地月转移轨道大于1.3吨。

任务规划

工程目标

鹊桥二号作为中继通信卫星，是探月四期后续工程的“关键一环”，将架设地月新“鹊桥”，主要用于转发月面航天器与地球之间的通信，它首次任务为嫦娥六号服务。嫦娥六号任务完成后，鹊桥二号将会择机调整轨道，从而为嫦娥七号、嫦娥八号以及后续月球探测任务提供服务。此外，鹊桥二号还要接力鹊桥号，为在月球背面探测的嫦娥四号和玉兔二号提供中继通信服务。

鹊桥二号到达月球后，需调整进入24小时周期的环月大椭圆冻结轨道-使命轨道，以保障嫦娥六号月背工作期间的测控通信需要。随后将与嫦娥四号进行在轨对通测试，与嫦娥六号进行天地对通测试，验证它们天地联合工作的协调性、匹配性，判定鹊桥二号中继星是否具备支持嫦娥六号实施月背采样返回的能力。

任务载荷

鹊桥二号携带了月球轨道VLBI试验系统、阵列中性原子成像仪和极紫外相机等科学载荷，用于完成科学探测任务，获取开创性的科学成果。同时鹊桥二号中继星还将对Ka频段测控、新型网络协议等新技术开展验证，为未来月球通信导航系统的发展奠定基础。

“鹊桥二号”阵列中性原子成像仪是我国自主研制的、国际首台高时-空分辨的磁层能量中性原子二维编码成像探测载荷。它通过飞行时间测量结合二维编码成像探测技术，实现磁层能量中性原子种类、能量及方向分布成像探测，以实现地球磁尾、环电流的高时空分辨全景成像，为研究地球磁暴过程、亚暴注入触发机制、磁尾能量转化机制等提供观测数据支持。在未来8年的在轨工作中，有望取得新的观测证据，并为自主的原创成果产出提供新的支撑。

运行动态

准备情况

2024年2月2日，国家航天局发布消息，探月工程四期中继星——鹊桥二号已运抵海南文昌。

2024年2月22日，国家航天局发布消息，长征八号遥三运载火箭已运抵文昌航天发射场，择机执行鹊桥二号中继星发射任务。

2024年3月17日，探月工程四期鹊桥二号中继星和长征八号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场完成技术区相关工作，星箭组合体垂直转运至发射区，计划择机实施发射。

发射入轨

2024年3月20日8时31分，探月工程四期鹊桥二号中继星由长征八号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射升空。长征八号遥三运载火箭飞行24分钟后，星箭分离，将鹊桥二号中继星直接送入近地点高度200千米、远地点高度42万千米的预定地月转移轨道，中继星太阳翼和中继通信天线相继正常展开，发射任务取得圆满成功。

2024年3月25日0时46分，鹊桥二号中继星在距月面约440千米处开始实施近月制动，约19分钟后，顺利进入环月轨道飞行。后续，鹊桥二号中继星将通过调整环月轨道高度和倾角，进入24小时周期的环月大椭圆使命轨道，按计划开展与嫦娥四号和嫦娥六号的对通测试。

2024年3月29日，与鹊桥二号同步搭载发射的天都一号、二号通导技术试验星，进入环月使命轨道，4月3日成功实施双星分离，正在开展系列通导技术验证。

2024年4月2日，鹊桥二号中继星经过中途修正、近月制动、环月轨道机动，按计划进入24小时周期的环月大椭圆使命轨道。

在轨调试

2024年4月6日，鹊桥二号中继卫星与正在月球背面开展探测任务的嫦娥四号完成了对通测试，证明了在鹊桥中继星退役，该星可以立刻接棒为嫦娥四号继续服务。

2024年4月8日至9日，鹊桥二号进入24小时周期的环月大椭圆使命轨道后，随即与嫦娥六号探测器（地面状态）开展对通测试——所谓“地面状态”，是指与嫦娥六号技术状态一致的一套初样设备，与其调通后就证明鹊桥二号中继星能够与嫦娥六号正常开展通信。另外做中继通信天线指向标定测试，确认天线指向精度满足要求。最后进行一次完全模拟嫦娥六号任务月面工作前后的全流程演练，以有效保障其在轨运行全阶段实现各类重要数据信号的传送及其他重要功能。

“嫦六”任务

2024年6月2日6时23分，嫦娥六号着陆器和上升器组合体在鹊桥二号中继星支持下，成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区。

2024年6月4日7时38分，嫦娥六号上升器携带月球样品自月球背面起飞，3000N发动机工作约6分钟后，成功将上升器送入预定环月轨道。

2024年6月25日，“鹊桥二号”中继星成功完成“嫦娥六号”通信保障任务，之后进入科学探测任务阶段；6月26日16时48分，中国科学院国家空间科学中心研制的“阵列中性原子成像仪”顺利开机工作；6月26日和6月27日，“阵列中性原子成像仪”成功完成了第一阶段在轨测试工作，载荷各项功能正常。

技术创新

制导控制

鹊桥二号的卫星制导导航与控制（GNC）系统在卫星执行太空飞行任务至关重要，遵循预设路径，并能够实时响应地面指挥中心的指令，精确操控航天器飞向预定目标。鹊桥二号中继星的GNC系统，在漫长的数十万千米的地月穿越之旅中，始终确保鹊桥二号中继星保持在计划轨迹上，护航飞行任务成功。

除了轨道控制，近月制动是鹊桥二号中继星奔赴月球新征程中最为关键的一个环节，要求卫星在接近月球之际准确施加制动，以便平稳地完成从地球轨道至月球轨道的过渡。具体来说，过强的制动可能导致卫星撞击月球表面，过弱则会让卫星错过月球引力捕获，滑向深远的宇宙空间。鹊桥二号中继星的GNC系统通过提前调整卫星姿态，并精确启动发动机减速，使卫星顺利进入预期的月球捕获轨道。此后，通过数次精准的轨道调整，最终保证了鹊桥二号中继星准确嵌入其使命轨道。

鹊桥二号继承了鹊桥中继星GNC系统的设计，并大幅度的优化与提升。相较于始终围绕拉格朗日L2点运行的鹊桥中继星，鹊桥二号中继星是绕月飞行，其面临的挑战更为复杂，特别是在中继跟踪过程中，必须实现对三体指向的有效控制。即，中继天线需精准锁定目标探测器，太阳帆板需时刻朝向太阳获取能源，同时数据传输天线需稳定对准地球以确保信息传输。此外，鹊桥二号还需执行多次变轨任务，技术状态更多，所以鹊桥二号中继星GNC系统进行了多方面的升级，以有力保障卫星姿态调整任务的需求。

轨道设计

鹊桥二号中继星首次使用了环月大椭圆冻结轨道。设计团队经过周密的分析，在十分复杂的引力作用条件下，巧妙地找到一个平衡，可以让鹊桥二号中继星始终在这条轨道上稳定运行，不需要进行轨道维持控制，仿佛“冻结”在轨道上一样。运行轨道免维护，卫星发射时携带上天的推进剂有限，轨道免维护可以大大节省推进剂的消耗，让鹊桥二号中继星具有长期运行的条件。

嫦娥六号任务的着陆区域不是月球南极区域，但由于后续探月任务，鹊桥二号中继星在轨道设计上把远月点选择在月球南极地区上空。通过精心的调相控制，鹊桥二号中继星在嫦娥六号探测器着陆月球取样的两天时间内，每天可以提供20小时以上的中继通信保障服务。

研制团队为其巧妙设计了环月大椭圆冻结轨道作为使命轨道，鹊桥二号中继星远月点距离月面的最远距离约为1.6万千米，不仅提高了鹊桥二号的通信速率和通信覆盖能力，还可以节省卫星燃料，在轨道上长期驻留。

传输提速

鹊桥二号中继卫星的传输能力提高，通信速率加快。在周期约24小时的使命轨道上，鹊桥二号中继星在远月点距离月面的最远距离大约为1.6万千米，而鹊桥中继星的距离最远达到了9万千米。相比之下，在天线口径不变的情况下，通信距离的缩短让鹊桥二号中继星提高通信速率具有了先天的优势。

在该次任务中，鹊桥二号中继星实现了把同时接收探测器的数据传输通道从鹊桥中继星的2路提高到了10路，在大幅增加传输通道的基础上又大幅提升了通信速率，前向链路（从中继星到月面探测器）和返向链路（从月面探测器到中继星）的最高码速率均比鹊桥中继星提高了近10倍。为了满足科学载荷的大数据量传输需求，设计团队将鹊桥二号中继星对地数据传输链路的最高码速率提高了近百倍，实现通信速率“快到飞起”。

多模切换

鹊桥中继星是为嫦娥四号任务量身定做的，简单纯粹。而鹊桥二号中继星要为嫦娥四号、六号及后续多个任务服务。为了服务众多探测器，鹊桥二号中继星用于接收月面探测器数据的返向中继链路不仅要适应不同的调制方式，还要支持多达17种码速率，并能够根据需要自由切换。鹊桥二号中继星还有强大的扩展能力，星上用于中继通信的软件大部分都可以上注修改，通过软件“升级”实现了在轨重构，软件“现用现编”，可适应多种任务。

验证系统

鹊桥二号中继卫星建立月球通信、导航、遥感系统，成为地月空间发展热点。中国也已经启动鹊桥通导遥综合星座系统。"天都一号""天都二号"作为鹊桥通导遥综合星座系统的先导星，先行验证环月轨道高精度定轨、高速测控等关键技术，支撑国际月球科研站地月一体化网络建设，为鹊桥通导遥综合星座系统的设计建立提供参考依据，为月球探测乃至更远的深空探测"组网搭桥"奠定基础。

火箭改进

鹊桥二号卫星发射是长征八号运载火箭首次执行探月轨道发射任务。研制团队根据多窗口多弹道、低空高速飞行剖面等任务需求，对火箭进行了设计改进和优化，扩展了任务适应性，提高了可靠性。采用更完善的弹道设计、更灵活的主动滚转技术和更安全的热防护措施。

为了应对高空风对火箭发射的影响，研制团队在使用自主抗干扰控制技术等成熟方法之外，还为这次的长征八号运载火箭增加了自动滚转减载技术，使火箭用更稳定的优势面来应对高空风，通过自身的旋转抵消掉高空风的影响。

与长征八号运载火箭擅长执行的太阳同步轨道任务相比，地月转移轨道的入轨高度更低、火箭飞行速度更快。当火箭高速穿越大气层时，箭体与大气摩擦产生的温度更高，端头和前锥首当其冲。为此，火箭研制团队为火箭多“穿”了一层热防护涂层，火箭重点部位增加了厚度，更能适应地月转移轨道的严酷条件。