鵲橋二號

鵲橋二號

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中文名 ：鵲橋二號 衛星類型 ：中繼通信衛星 衛星壽命 ：8年

鵲橋二號（英文：Queqiao-2[24]），是中國研製發射的中繼通信衛星。

鵲橋二號中繼通信衛星重1.2噸，星上裝備一個直徑4.2米的X波段拋物面天線，用於與在月球背面着陸的探測器通信，還有一個直徑0.6米的S/Ka雙頻拋物面天線，用於向地面站傳輸數據。該衛星主要為中國探月四期工程執行月球背面的月球樣品採集任務提供公共中繼星平台，為嫦娥四號、嫦娥六號、嫦娥七號和嫦娥八號等四次任務提供中繼支持。

2024年3月20日8時31分，鵲橋二號中繼衛星由長征八號遙三運載火箭在中國文昌航天發射場成功發射升空。2024年3月25日0時46分，鵲橋二號中繼衛星在距月面約440千米處開始實施近月制動，約19分鐘後，順利進入環月軌道飛行。2024年6月2日6時23分，嫦娥六號着陸器和上升器組合體在鵲橋二號中繼星支持下，成功着陸在月球背面南極-艾特肯盆地預選着陸區。

目錄

研製歷程

歷史背景

中繼衛星需求

中繼衛星的主要功能是進行天基測控和空天數據中繼，可為衛星、飛船等航天器提供數據中繼和測控服務。該類衛星作為在太空中運行的數據「中轉站」，扮演着「太空偵查員」「通信接線員」「太空導航員」的角色，對中、低軌道衛星進行實時監控，使資源衛星、環境衛星等數據實時下傳，為太空運行的航天器提供預警預報、導航定位，使太空航行準確安全。作為航天大國，中國對中繼衛星的需求很大，驅動了中國中繼衛星的研製、發射和組網運行。

2003年，中國立項並啟動了天鏈一號中繼衛星系統工程。2008年4月25日，該系統01星成功發射，當年就參與並圓滿完成了「神舟七號」數據中繼服務。2011年、2012年中國相繼成功發射天鏈一號02、03星，它們同時運行並與地面應用系統、中繼終端等組成跟蹤與數據中繼衛星系統，中國由此成為世界第二個擁有對中、低軌道航天器全球覆蓋中繼衛星系統的國家。

探月工程需要

由於月球始終有一面背對地球，着陸在月球背面的探測器受到月球自身的遮擋，無法直接實現與地球的測控通信和數據傳輸，需要一顆中繼星，為地面和月球探測器之間架起信息聯通的橋樑。

中國曾在2018年發射了首顆中繼星「鵲橋」，為月球背面着陸的嫦娥四號探測器提供中繼通信。「鵲橋」中繼星已經在軌工作多年，處於超期服役狀態。

中國探月工程四期任務開展着陸探測以及採樣的地點主要位於月球南極和月球背面地區，因此需要功能更廣、性能更強的中繼星，架設起月球對地球新的『中繼通信站』，解決月球背面探測器與地球間的通信和數傳問題。

研製進程

「鵲橋」是中國中繼衛星家族中新的成員，與天鏈一號系列中繼衛星相比，雖然用途和技術途徑相似，但技術挑戰更大。「鵲橋」研製團隊攻克了地月拉格朗日2點軌道設計與控制、遠距離中繼通信等關鍵技術，其各項性能和指標完全符合任務需求。

中國探月工程四期於2021年12月獲批實施，由嫦娥四號、嫦娥六號、嫦娥七號和嫦娥八號4次任務組成。嫦娥六號將於2024年上半年擇機發射；嫦娥七號和嫦娥八號將構建月球科研站基本型，開展月球環境探測等任務。

2023年1月，根據中國探月工程總體安排，2024年中國將發射鵲橋二號中繼星。

2023年4月23日，2023「中國航天日」主場活動啟動儀式上，計劃搭載鵲橋二號中繼星任務發射的兩顆鵲橋通導技術試驗衛星，分別正式命名為「天都一號」「天都二號」。鵲橋二號作為探月四期公共中繼星平台，將為嫦娥四號、嫦娥六號、嫦娥七號、嫦娥八號任務提供中繼通信服務。

系統組成

衛星總體

平台選型

鵲橋二號中繼星使用的中國空間技術研究院研製的CAST2000衛星平台，是一個具有高性能、可擴展性與靈活性的小衛星平台。它採用S頻段遙測、跟蹤與遙控分系統、X頻段數據傳輸分系統及三軸姿態穩定，並具有高精確控制、大範圍搖擺機動、軌道靈活機動、高集成星務與高效電源能力。而且，它具有星座構型維護和相位控制功能，支持小衛星編隊飛行。該平台已成功應用於幾顆中國小衛星，並證明了具有良好的性能與可靠性。

鵲橋二號中繼星工作壽命達8年，功率在1000瓦以上，對地最高碼率達500兆比特/秒。由於長壽命、高功率，鵲橋二號不僅能用於嫦娥四號和嫦娥六號任務，還可用於2026年發射的嫦娥七號、2028年發射的嫦娥八號任務等。（「鵲橋」中繼星使用的是CAST100衛星平台，工作壽命為5年，功率為800瓦，對地最高碼率為10兆比特/秒。）

天線系統

鵲橋二號中繼星重量達1.2噸，比「鵲橋」衛星的448千克增重很多。鵲橋二號中繼星天線更多，不僅裝備一個直徑4.2米的X波段拋物面天線，用於與在月球背面着陸的探測器通信，還裝備一個直徑0.6米的S/Ka雙頻拋物面天線，用於向地面站傳輸數據。該二維可驅動拋物面天線的重量只有20千克，能通過兩軸驅動機構保證該天線每時每刻都能指向地面數據接收站。直徑4.2米的X波段拋物面天線是由精細的鍍金鉬絲編織而成，發射時緊湊收攏，進入軌道後伸展打開。其上的鉬絲直徑僅15-30微米，約為人類頭髮絲的四分之一，鍍金則是為了提高反射性能。

運載火箭

長征八號是中國新一代中型運載火箭，捆綁了兩枚火箭助推器，包裹鵲橋二號的火箭整流罩直徑有4.2米，是中國中型運載火箭中整流罩直徑最大的一款。該火箭填補了中國3~5噸太陽同步軌道運載能力空白。該次發射也是長征八號運載火箭首次奔赴地月轉移軌道。

長征八號遙三運載火箭承擔鵲橋二號衛星發射任務，該火箭採用芯級捆綁兩枚液體助推器的兩級半構型，最大高度50.34米，一級直徑3.35米、二級直徑3米、助推器直徑2.25米，最大起飛質量356噸。火箭芯一級配備2台YF-100液氧煤油發動機，單枚助推器配備1台YF-100發動機，芯二級配備2台YF-75氫氧發動機，起飛推力約480噸。該火箭運載能力為近地軌道8.1噸，太陽同步軌道5.5噸，同步轉移軌道2.8噸，地月轉移軌道大於1.3噸。

任務規劃

工程目標

鵲橋二號作為中繼通信衛星，是探月四期後續工程的「關鍵一環」，將架設地月新「鵲橋」，主要用於轉發月面航天器與地球之間的通信，它首次任務為嫦娥六號服務。嫦娥六號任務完成後，鵲橋二號將會擇機調整軌道，從而為嫦娥七號、嫦娥八號以及後續月球探測任務提供服務。此外，鵲橋二號還要接力鵲橋號，為在月球背面探測的嫦娥四號和玉兔二號提供中繼通信服務。

鵲橋二號到達月球後，需調整進入24小時周期的環月大橢圓凍結軌道-使命軌道，以保障嫦娥六號月背工作期間的測控通信需要。隨後將與嫦娥四號進行在軌對通測試，與嫦娥六號進行天地對通測試，驗證它們天地聯合工作的協調性、匹配性，判定鵲橋二號中繼星是否具備支持嫦娥六號實施月背採樣返回的能力。

任務載荷

鵲橋二號攜帶了月球軌道VLBI試驗系統、陣列中性原子成像儀和極紫外相機等科學載荷，用於完成科學探測任務，獲取開創性的科學成果。同時鵲橋二號中繼星還將對Ka頻段測控、新型網絡協議等新技術開展驗證，為未來月球通信導航系統的發展奠定基礎。

「鵲橋二號」陣列中性原子成像儀是我國自主研製的、國際首台高時-空分辨的磁層能量中性原子二維編碼成像探測載荷。它通過飛行時間測量結合二維編碼成像探測技術，實現磁層能量中性原子種類、能量及方向分布成像探測，以實現地球磁尾、環電流的高時空分辨全景成像，為研究地球磁暴過程、亞暴注入觸發機制、磁尾能量轉化機制等提供觀測數據支持。在未來8年的在軌工作中，有望取得新的觀測證據，並為自主的原創成果產出提供新的支撐。

運行動態

準備情況

2024年2月2日，國家航天局發布消息，探月工程四期中繼星——鵲橋二號已運抵海南文昌。

2024年2月22日，國家航天局發布消息，長征八號遙三運載火箭已運抵文昌航天發射場，擇機執行鵲橋二號中繼星發射任務。

2024年3月17日，探月工程四期鵲橋二號中繼星和長征八號遙三運載火箭在中國文昌航天發射場完成技術區相關工作，星箭組合體垂直轉運至發射區，計劃擇機實施發射。

發射入軌

2024年3月20日8時31分，探月工程四期鵲橋二號中繼星由長征八號遙三運載火箭在中國文昌航天發射場成功發射升空。長征八號遙三運載火箭飛行24分鐘後，星箭分離，將鵲橋二號中繼星直接送入近地點高度200千米、遠地點高度42萬千米的預定地月轉移軌道，中繼星太陽翼和中繼通信天線相繼正常展開，發射任務取得圓滿成功。

2024年3月25日0時46分，鵲橋二號中繼星在距月面約440千米處開始實施近月制動，約19分鐘後，順利進入環月軌道飛行。後續，鵲橋二號中繼星將通過調整環月軌道高度和傾角，進入24小時周期的環月大橢圓使命軌道，按計劃開展與嫦娥四號和嫦娥六號的對通測試。

2024年3月29日，與鵲橋二號同步搭載發射的天都一號、二號通導技術試驗星，進入環月使命軌道，4月3日成功實施雙星分離，正在開展系列通導技術驗證。

2024年4月2日，鵲橋二號中繼星經過中途修正、近月制動、環月軌道機動，按計劃進入24小時周期的環月大橢圓使命軌道。

在軌調試

2024年4月6日，鵲橋二號中繼衛星與正在月球背面開展探測任務的嫦娥四號完成了對通測試，證明了在鵲橋中繼星退役，該星可以立刻接棒為嫦娥四號繼續服務。

2024年4月8日至9日，鵲橋二號進入24小時周期的環月大橢圓使命軌道後，隨即與嫦娥六號探測器（地面狀態）開展對通測試——所謂「地面狀態」，是指與嫦娥六號技術狀態一致的一套初樣設備，與其調通後就證明鵲橋二號中繼星能夠與嫦娥六號正常開展通信。另外做中繼通信天線指向標定測試，確認天線指向精度滿足要求。最後進行一次完全模擬嫦娥六號任務月面工作前後的全流程演練，以有效保障其在軌運行全階段實現各類重要數據信號的傳送及其他重要功能。

「嫦六」任務

2024年6月2日6時23分，嫦娥六號着陸器和上升器組合體在鵲橋二號中繼星支持下，成功着陸在月球背面南極-艾特肯盆地預選着陸區。

2024年6月4日7時38分，嫦娥六號上升器攜帶月球樣品自月球背面起飛，3000N發動機工作約6分鐘後，成功將上升器送入預定環月軌道。

2024年6月25日，「鵲橋二號」中繼星成功完成「嫦娥六號」通信保障任務，之後進入科學探測任務階段；6月26日16時48分，中國科學院國家空間科學中心研製的「陣列中性原子成像儀」順利開機工作；6月26日和6月27日，「陣列中性原子成像儀」成功完成了第一階段在軌測試工作，載荷各項功能正常。

技術創新

制導控制

鵲橋二號的衛星制導導航與控制（GNC）系統在衛星執行太空飛行任務至關重要，遵循預設路徑，並能夠實時響應地面指揮中心的指令，精確操控航天器飛向預定目標。鵲橋二號中繼星的GNC系統，在漫長的數十萬千米的地月穿越之旅中，始終確保鵲橋二號中繼星保持在計劃軌跡上，護航飛行任務成功。

除了軌道控制，近月制動是鵲橋二號中繼星奔赴月球新征程中最為關鍵的一個環節，要求衛星在接近月球之際準確施加制動，以便平穩地完成從地球軌道至月球軌道的過渡。具體來說，過強的制動可能導致衛星撞擊月球表面，過弱則會讓衛星錯過月球引力捕獲，滑向深遠的宇宙空間。鵲橋二號中繼星的GNC系統通過提前調整衛星姿態，並精確啟動發動機減速，使衛星順利進入預期的月球捕獲軌道。此後，通過數次精準的軌道調整，最終保證了鵲橋二號中繼星準確嵌入其使命軌道。

鵲橋二號繼承了鵲橋中繼星GNC系統的設計，並大幅度的優化與提升。相較於始終圍繞拉格朗日L2點運行的鵲橋中繼星，鵲橋二號中繼星是繞月飛行，其面臨的挑戰更為複雜，特別是在中繼跟蹤過程中，必須實現對三體指向的有效控制。即，中繼天線需精準鎖定目標探測器，太陽帆板需時刻朝向太陽獲取能源，同時數據傳輸天線需穩定對準地球以確保信息傳輸。此外，鵲橋二號還需執行多次變軌任務，技術狀態更多，所以鵲橋二號中繼星GNC系統進行了多方面的升級，以有力保障衛星姿態調整任務的需求。

軌道設計

鵲橋二號中繼星首次使用了環月大橢圓凍結軌道。設計團隊經過周密的分析，在十分複雜的引力作用條件下，巧妙地找到一個平衡，可以讓鵲橋二號中繼星始終在這條軌道上穩定運行，不需要進行軌道維持控制，仿佛「凍結」在軌道上一樣。運行軌道免維護，衛星發射時攜帶上天的推進劑有限，軌道免維護可以大大節省推進劑的消耗，讓鵲橋二號中繼星具有長期運行的條件。

嫦娥六號任務的着陸區域不是月球南極區域，但由於後續探月任務，鵲橋二號中繼星在軌道設計上把遠月點選擇在月球南極地區上空。通過精心的調相控制，鵲橋二號中繼星在嫦娥六號探測器着陸月球取樣的兩天時間內，每天可以提供20小時以上的中繼通信保障服務。

研製團隊為其巧妙設計了環月大橢圓凍結軌道作為使命軌道，鵲橋二號中繼星遠月點距離月面的最遠距離約為1.6萬千米，不僅提高了鵲橋二號的通信速率和通信覆蓋能力，還可以節省衛星燃料，在軌道上長期駐留。

傳輸提速

鵲橋二號中繼衛星的傳輸能力提高，通信速率加快。在周期約24小時的使命軌道上，鵲橋二號中繼星在遠月點距離月面的最遠距離大約為1.6萬千米，而鵲橋中繼星的距離最遠達到了9萬千米。相比之下，在天線口徑不變的情況下，通信距離的縮短讓鵲橋二號中繼星提高通信速率具有了先天的優勢。

在該次任務中，鵲橋二號中繼星實現了把同時接收探測器的數據傳輸通道從鵲橋中繼星的2路提高到了10路，在大幅增加傳輸通道的基礎上又大幅提升了通信速率，前向鏈路（從中繼星到月面探測器）和返向鏈路（從月面探測器到中繼星）的最高碼速率均比鵲橋中繼星提高了近10倍。為了滿足科學載荷的大數據量傳輸需求，設計團隊將鵲橋二號中繼星對地數據傳輸鏈路的最高碼速率提高了近百倍，實現通信速率「快到飛起」。

多模切換

鵲橋中繼星是為嫦娥四號任務量身定做的，簡單純粹。而鵲橋二號中繼星要為嫦娥四號、六號及後續多個任務服務。為了服務眾多探測器，鵲橋二號中繼星用於接收月面探測器數據的返向中繼鏈路不僅要適應不同的調製方式，還要支持多達17種碼速率，並能夠根據需要自由切換。鵲橋二號中繼星還有強大的擴展能力，星上用於中繼通信的軟件大部分都可以上注修改，通過軟件「升級」實現了在軌重構，軟件「現用現編」，可適應多種任務。

驗證系統

鵲橋二號中繼衛星建立月球通信、導航、遙感系統，成為地月空間發展熱點。中國也已經啟動鵲橋通導遙綜合星座系統。"天都一號""天都二號"作為鵲橋通導遙綜合星座系統的先導星，先行驗證環月軌道高精度定軌、高速測控等關鍵技術，支撐國際月球科研站地月一體化網絡建設，為鵲橋通導遙綜合星座系統的設計建立提供參考依據，為月球探測乃至更遠的深空探測"組網搭橋"奠定基礎。

火箭改進

鵲橋二號衛星發射是長征八號運載火箭首次執行探月軌道發射任務。研製團隊根據多窗口多彈道、低空高速飛行剖面等任務需求，對火箭進行了設計改進和優化，擴展了任務適應性，提高了可靠性。採用更完善的彈道設計、更靈活的主動滾轉技術和更安全的熱防護措施。

為了應對高空風對火箭發射的影響，研製團隊在使用自主抗干擾控制技術等成熟方法之外，還為這次的長征八號運載火箭增加了自動滾轉減載技術，使火箭用更穩定的優勢面來應對高空風，通過自身的旋轉抵消掉高空風的影響。

與長征八號運載火箭擅長執行的太陽同步軌道任務相比，地月轉移軌道的入軌高度更低、火箭飛行速度更快。當火箭高速穿越大氣層時，箭體與大氣摩擦產生的溫度更高，端頭和前錐首當其衝。為此，火箭研製團隊為火箭多「穿」了一層熱防護塗層，火箭重點部位增加了厚度，更能適應地月轉移軌道的嚴酷條件。