为什么“选址”地月L2点做Halo轨道运行？
不走寻常路，地球、月背上演“同框”
2018年5月21日，一个象征良缘的日子。“鹊桥”中继星在西昌卫星发射中心奔向太空，进入预定地月转移轨道，开始了搭建地月信息联通“鹊桥”的航程。
“鹊桥”中继星发射后不久，有专家一连用3个“首次”道出嫦娥探月工程的不易。
人类首次实现月背软着陆，首次采用地月中继星通信，首次选择地月拉格朗日L2点。3个“首次”看似比较独立，其实联系极为紧密。嫦娥四号选择月背着陆，就少不了中继星；有了中继星，必然要找到合适的地月引力平衡点。其实，问题的根本是点位的选择。
幸运的是，200多年前，瑞士科学家欧拉和法国科学家拉格朗日用高超的智慧，计算出拉格朗日L1-L5点。部署在这5个点的小卫星或小天体相对两个大天体基本保持静止，这也是航天人一直追求的地月引力平衡点。
200多年后的今天，中国航天人为“嫦娥奔月”架起一座 “鹊桥”。这一次，他们选择了一个“有趣”的点位——地月拉格朗日L2点。
之所以选择地月拉格朗日L2点，中国航天人有三点考虑：
——这个点处于地球和月球两点连线的延长线上，且在月球一侧。在这里，“鹊桥”有机会和地球、月球背面进行信息和数据交换；
——光照条件好，航天器很少被地球或月球遮挡；
——受地球和月球的影响小，中继星长期运行所需轨道维持量较小，说白了就是节省燃料。
当然，如果中继星“守”在地月拉格朗日L2点“一动不动”，受月球的遮挡，仍然“看不见”地球。走哪条“路”？“路线”是什么样？这曾是航天人为之困扰的问题。
摆在他们面前的两条“路”，一个是李萨茹轨道，另一个是Halo轨道——这就需要中国航天人作出抉择，究竟去哪个轨道。
这一次，中国航天人不走寻常路，最终敲定将Halo轨道作为“鹊桥”中继星的使命轨道。“鹊桥”在这一轨道上做拟周期运动，可以上演“同框”——既能“看见”地球，又能“看见”月球背面。“鹊桥”通过定期轨道控制来保持轨道的稳定性，实现对嫦娥四号的中继通信覆盖。
事实上，早在上世纪50年代，国际航天界便提过中继星Halo轨道的概念。只是时至今日，人类才将这一设想变为现实。
“人类历史上航天器首次造访地月L2点，做Halo轨道飞行，这并不容易。”有专家打过一个比方：“鹊桥”中继星在Halo轨道上运行，就像一个调皮的孩子，只要一段时间不关注他，就可能会“离家出走”，甚至不知所踪。这就需要中继星时刻保持高稳定、高精度的姿态和角度。
为了看好这个调皮的“孩子”，“家长们”专门为“鹊桥”中继星量身定制了具有高智能化水平、全天候、全天时、全空域运行能力的光纤陀螺惯性测量单元，这将摆脱之前姿态敏感器需要借助地球、太阳等天体来定位的束缚，大大提升其轨道控制能力。
同时，“鹊桥”中继星已具备在1000m/s高速在轨飞行过程中，速度控制精度误差不大于0.02m/s的本领，可以说是“在高速奔跑中还可以稳稳地做微雕”。这一“自主可控、毫厘不差”的能耐，让航天人实施的轨道控制周期延长到7天左右一次，为中继星安全、长期、稳定在轨运行打下基础。
瞄向“月之背”的“鹊桥”是人类探索月球迈出的坚实一步，也是创新性一步。在“鹊桥”的帮助下，“月之背”将第一次听到来自地球“亲人”的叩门声。
照片拍摄：王 旭
3D建模技术支持：中科澄海科技
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