8月23日,国家航天局联合中国载人航天工程办公室对外发布通报。2026年原定发射窗口取消,下一次合适发射时机安排到2027年上半年。官方说明,做出该决定,是综合多方条件评估,把工程稳妥可靠放在首位。
消息传出之后,网上出现不少讨论。结合工程实际来看,有一个现实因素值得留意。嫦娥七号计划登陆月球南极,月球球体本身会阻隔地球发出的无线电信号。想要顺利开展着陆探测,探测器必须依靠鹊桥二号中继星作为空中信号基站,把月面采集到的各类数据回传地球。
鹊桥二号能够覆盖月球南极的通信时段,来自前期轨道仿真计算。探测器着陆、飞跃器启动工作这类关键操作,必须和中继星通信窗口精准匹配。一旦两者时间错位,地面就会短暂接收不到月面传回的数据,形成测控空档。
网上有个很火的说法,说中国已经把地月太空网线拉好了。这并不只是一句形象的比喻,这套通信保障能力,已经实实在在成为探月任务规划当中需要权衡的工程条件。
鹊桥二号承担月背中继通信的核心任务。多数人对它的印象停留在打通月背通信,但这颗卫星承担的工作,远比单纯转发信号要复杂。
在数据传输能力上,鹊桥二号对地最高传输速率可以达到500兆比特每秒。鹊桥一号仅为10兆比特每秒,两代中继星性能相差50倍。这颗卫星设计使用寿命8年,设备功率超过1000瓦,每天可以为月面上多台探测器,提供超过21小时的中继通信服务。
鹊桥二号并不是一颗独立工作的卫星,它是鹊桥通导遥综合星座的首颗业务卫星。通俗来讲,这套星座就相当于月球版本的北斗卫星群,同一批卫星兼顾通信传输、卫星定位、空间环境观测三类工作。
按照公开披露的建设节奏,整个卫星群分阶段落地。2030年前后完成先导版本建设;2040年前后实现月球局部区域的导航定位;到2050年,这套系统还有机会把服务范围延伸到火星、金星等更远天体。
卫星想要长期稳定运转,离不开两样基础条件:合适的太空停泊位置,还有可使用的无线电通信频段。在地月这片广阔空间,这两类资源都相当有限。
我们所说的地月空间,覆盖从地球近地轨道一直延伸至月球周边的大片区域,最远和地球相距200万公里。虽然整体空间体量巨大,但能让卫星长期安稳停留的位置并不多。
宇宙里存在部分引力平衡点,卫星停泊在这些点位,不需要消耗大量燃料,就可以维持自身轨道。除此之外还有远距离逆行轨道,也就是业内常提到的DRO轨道。业内把它比作地月空间的天然良港,卫星维持轨道运转的燃料消耗可以压到很低。
除了轨道位置,通信频段同样属于不可再生资源。如今全球探月项目越来越多,各个探测器都要依靠无线电传递数据,可用频段的争夺会慢慢加剧。
不只是我国,世界多家航天机构,都在着手搭建属于自己的月球通信导航体系。
美国NASA推出LunaNet月球网络项目。项目的核心思路,就是把地球上互联网的运行逻辑迁移到月球环境。项目团队制定统一设备接口标准,同时配套开发一套适配深空场景的网络协议。月球和地球距离遥远,信号经常出现中断,这套协议就专门用来处理这类不稳定的传输状况。
欧空局、日本航天机构都参与这套标准的制定。欧空局计划发射5颗月球卫星,日本规划依靠8颗卫星搭建月球导航能力。
我国建设的鹊桥通导遥星座,同样欢迎国际合作,也可以实现通信、定位、观测一体化。不过整套设备的硬件接口、通信规则,全部属于自主研发。
航天行业内部有相关探讨。两套系统目前都处在规划建设阶段。如果未来两套标准无法互相兼容,飞向月球的航天器,就需要同时适配两套规则,卫星的研制成本会随之上涨。
登月属于一次性的飞行任务,但通信、定位的标准会被长期反复使用。哪一套标准被更多航天器选用,它就会成为地月之间主要的通信主干。
美国这套网络计划,争取2025-2028年具备基础能力,2030年实现月球全覆盖。我国鹊桥星座初步建设节点,同样瞄准2030年前后,两条建设进度基本同步。
鹊桥二号解决了地月之间信号传输的基础问题。而DRO三星星座,完成了一批十分关键的在轨技术试验。
2024年3月,DRO-A、DRO-B两颗卫星组合体发射。火箭上面级出现故障,两颗卫星没能直接进入预定轨道。地面控制团队多次调整卫星飞行轨迹,卫星经过850万公里漫长飞行,最终成功进入目标轨道。2024年8月30日,第三颗卫星就位,三颗卫星互相建立通信链路,整套星座正式组网成功。
这次在轨试验,取得三项国际首次的工程成果:
第一,航天器以传统方案五分之一的燃料消耗完成DRO轨道入轨,直接降低航天器进入地月空间的成本;
第二,完成117万公里距离的星间通信实测,验证大规模卫星集群组网的核心技术;
第三,实现卫星之间互相监测定位。依靠在轨卫星数小时的观测数据,就能达到地面测控站连续跟踪两天的轨道测算精度。
第三项成果,普通读者会比较难理解。过去测算月球周边卫星轨道,全部依赖地球上的测控站。随着探月任务越来越密集,地面测控站的工作压力会持续上涨。
这套试验证实,卫星可以在太空互相监测、互相解算轨道。一部分测控工作直接放到太空完成,既能减轻地面设备负担,也能提升航天器自主运行的能力。
国内整体的技术落地路径十分清晰。鹊桥二号打通地月通信链路,DRO三星星座完成组网、太空自主定位的试验验证。后续试验积累的全部技术,会整合迭代,形成完整的鹊桥通导遥卫星集群。
地月通信星座前景值得期待,但整套工程还存在不少现实难题,科研人员需要逐一攻克。
其次是不同系统之间的兼容难题。如果两套月球网络长期无法打通对接,航天器就要增加额外硬件适配两套体系,抬高研发成本。这件事既需要技术攻关,也离不开多国之间的沟通协调。
再完善的基础设施,也不能违背天体运行客观规律。回到嫦娥七号窗口调整事件,除通信窗口匹配,任务还要兼顾月球光照、轨道力学等多重约束。通信网络属于关键工程基础,但无法改变天体本身运行规则。
地月通信网络是探月的重要底座,但所有航天项目能不能顺利落地,依旧要看每一步工程实施是否稳妥。
地月通信整套能力,是在多轮探月工程当中逐步沉淀下来,无法靠单次发射一步到位。
2018年投入使用的鹊桥一号,破解了月背通信被月球本体遮挡的现实难题,搭建起最早的地月中继通路,支撑嫦娥四号顺利完成月背着陆。
随着后续探月任务陆续推进,通信的实际需求也不断提升。2024年发射的鹊桥二号实现性能迭代,承担起多组探测器的中继保障工作。同一年上天的天都一号、二号,则用来实地检验通信导航的在轨技术状态。
2025年完成组网的DRO三星星座,把过去只在地面仿真环境验证的低燃料入轨、星间自主测轨定位技术,放到真实的地月空间开展实测。
按照公开披露的工程安排,鹊桥星座先导版本计划在2030年前后建成,这套系统将为2035年国际月球科研站基础建设提供配套支撑。
各次任务并不是相互割裂,科研团队会吸收每一次在轨试验传回的数据,持续打磨通信、导航、环境观测一体化的地月基础设施,而不只是建成一条通信链路就结束工作。
这套自主可控网络的建成,实实在在把我国航天的活动范围,从地球轨道拓展到月球周边。相关工程仍处在持续推进阶段,后续动态请关注官方发布。
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