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二． 鵲橋選址

盡管確定了暈軌道作為鵲橋號衛星的軌道類型，但對于實際的軌道設計，我們的軌道專家則考慮得更多。

一方面，作為使命軌道的暈軌道不能太小。因為鵲橋號的初衷是為嫦娥四號的月背探測提供持續的數據中繼傳輸，過小的軌道會進入月球相對地球的陰影區，信號被月球遮擋——這被稱為月掩。這是我們不采用李薩如軌道的原因，復雜的進動軌道在漫長的任務周期中難免出現月掩，這對于任務設計而言不可接受。

月掩示意圖 |圖片來源高珊，周文艷等 @中國空間技術研究院

另一方面，作為使命軌道的暈軌道又不能太大。我們把落月的嫦娥四號探測器和鵲橋號中繼星的連線，與嫦娥四號當地月球地平線的夾角稱為高度角。這個角度是嫦娥四號探測器“仰望”中繼星的角度，如果高度角太小，信號就相當于貼著月球表面發射，嚴重影響信號質量。

月球高度角示意圖

當使命軌道的振幅過大時，高度角自然會減小，而同高度角情況下月球表面能“看”到中繼星的區域也會變少。因此，鵲橋號衛星的使命軌道在地月公轉平面外的振幅，可以取1萬到1.5萬千米。這樣，在中繼星的3年任務周期內，可以100%不間斷地被嫦娥四號“仰望”，并且信號質量有保障。

嫦娥四號與鵲橋號中繼星進行低高度角通信 |圖片來源@中國空間技術研究院

到此為止了嗎？

當然沒有，科學家還要考慮軌道的光照條件。

地球和月球在被太陽光照射時，會在他們身后形成一道長長的陰影，依靠太陽帆板提供電力的鵲橋號，如果長期運行在地球或月球的陰影中，就會出現電力不足，無法正常工作的情況。

地影和月影 |圖片來源高珊，周文艷等 @中國空間技術研究院

在對比了南北兩個方向振幅的使命暈軌道后，科學家們發現，在任務周期內，南向振幅的暈軌道在地影和月影的發生次數、持續時長等方面都要好于北向的軌道。

因此，最終鵲橋號中繼星選擇了南向振幅13000km、軌道平均周期14天的暈軌道作為使命軌道。出于優化燃料使用的目的，鵲橋號的軌道控制采用擬暈軌道方式，實際軌道與使命軌道的偏差保持在較小的范圍內，每半圈（7天）進行一次軌道維持。

圖片來源 @中國空間技術研究總體部

三、飛向L2

鵲橋號衛星的軌道設計縝密而完善，但地月相距38萬千米，地月系統的L2點更是在地球的45萬千米之外，如何順利地將鵲橋號衛星送達預定軌道也是需要動一番腦筋的。

為此，我們的科學家設計了精巧的轉移軌道，可以使衛星以較少的燃料消耗安全抵達預定位置。

鵲橋號中繼星的飛行軌道 |圖片來源吳偉仁，王瓊等 @探月與航天工程中心

為了充分利用月球引力輔助減速，鵲橋號的近月點高度只有100千米，這對衛星的中途修正點火精度有著很高的要求，稍有偏差，鵲橋號就會步美國徘徊者4號的后塵，直接撞擊月面。

在鵲橋號到達L2點后，還要進行下圖中的三次變軌，真正進入繞L2飛行的暈軌道。

鵲橋號中繼星的轉移軌道 |圖片來源高珊，周文艷等 @中國空間技術研究院

2018年5月21日5時28分，鵲橋號中繼星搭載長征四號丙運載火箭，由西昌衛星發射中心發射升空，這也是長征四號系列火箭的第一次高軌道發射。

圖片來源 @新華社

上世紀80年代，我國為發射地球同步軌道衛星研制三級運載火箭，出于技術穩妥性考慮，采用常規燃料第三級的長征四號一度是第一方案。關鍵時刻，以任新民為代表的老一輩航天人，敏銳地意識到液氫/液氧發動機在高軌道發射方面有著更廣闊的前景，果斷向黨中央建議支持采用氫氧機的長征三號火箭執行同步軌道發射。而長征四號系列則轉為發射太陽同步軌道和低地球軌道衛星。

鵲橋號中繼星的發射，也讓長征四號終于圓了設計之初的夢想。

航天巨擘任新民院士|圖片來源 @中國運載火箭技術研究院

5月25日21時32分，鵲橋號實施近月制動，這次制動精度很高，原計劃后續的第四次軌道修正取消。

6月14日11時，鵲橋號成功進入Halo使命軌道。

目前，鵲橋號整星工作正常，設備溫度正常，各次軌控正常，平臺各分系統功能正常，正在月球的另一邊，靜待嫦娥四號探測器的到來。

待到嫦娥歸來時，天塹變通途。

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