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2018年5月21号，中国干了件大事。他们发射了一颗叫“鹊桥”的卫星。这事儿吧，听着就一个卫星，但它背后，是解决了一个西方国家看了几十年，都直摇头说“太难、太贵”的世纪难题。
01
咱们先得说说，这事儿到底难在哪。
月球，咱们都熟。
但咱们在地球上，永远，永远只能看见月球的“正面”。
它的“背面”，那片“秘境”，因为月球自己挡着，信号传不过去，咱们是两眼一抹黑，啥也看不见，啥也听不着。
02
这背面可不是荒地，那简直是个“宝库”。
那边有个叫“艾特肯盆地”的超级大坑，直径2400公里，最深的地方，落差1.8万米。
这是太阳系刚出生那会儿，被别的天体“咣”一下撞出来的。
里面保留着最原始的“作案痕迹”。
科学家管它叫“天然博物馆”。
03
更绝的是，月球背面，是全宇宙最“安静”的监听点之一。
你在地球上，想听听宇宙深处的声音，总是有地球电离层的“杂音”干扰。
但在月球背面，月亮老哥直接帮你把地球这边所有的“噪音”都给屏蔽了。
干净。
在那地方架个射电望远镜，那真是科学家做梦都想干的事。
04
问题来了。
想法特别好，但实现不了啊。
你把探测器，比如“嫦娥四号”和“玉兔二号”月球车，送到月球背面去。
它们在那边拍了照，挖了土，发现了新东西...
然后呢？
它没法“告诉”地球啊。
它跟地球中间，隔着一个实打实的月球，直径3000多公里，WIFI信号可穿不过去。
你探测器在那边就是个“失联”状态。
这不白去了吗。
0To resolve this, China uses relay satellites to convey signals from the surface back to Earth.
05
所以，几十年了，谁都知道月球背面是宝地，但谁都登不上去。
不是火箭不行，是通信不行。
你想去，就必须先解决一个问题：
在太空里，搭一个“中转站”。
一个“通信桥梁”。
这个桥梁，必须能同时“看”到地球，还得同时“看”到月球背面。
06
你以为别的国家没想到？
美国人，NASA，早在“阿波罗17号”任务那会儿，就研究过这事儿了。
他们也画过图纸，也提过方案。
最后呢？
不了了之了。
为啥？
原因就两条：技术太复杂，经费吃不消。
他们算来算去，觉得这事儿吧，风险高，投入大，回报周期又长，干脆...先放放。
这一放，就放了几十年。
这个“世纪难题”，就这么摆在那，成了一个谁都想解，但谁都下不去手的“死结”。
07
然后，轮到咱们登场了。
中国的航天工程师们，提出了一个“一步到位”的方案。
他们盯上了一个神奇的点。
这个点，在地球和月球连线的延长线上，往外走，平均距离月球6.5万公里（最远不超过8万公里）。
这个地方，叫“地月拉格朗日L2点”。
08
这地方简直是“天选之地”。
你把卫星放这儿，它绕地球转的周期，跟月球绕地球转的周期，基本能同步。
就像你和月球，被一根看不见的绳子拴着，一起绕着地球走。
从L2点看过去，既能一直盯着月球背面，一转头，还能一直看见地球。
完美的中转站。
而且，在这个点上，卫星维持轨道用的能量，是最少的。
省油。
09
但是，你以为这是个“停车场”吗？
不是。
这才是挑战的开始。
这个L2点，它本身是“空无一物”的。
它不是一个星球，它就是一个计算出来的“虚拟点”。
10
更要命的是，这个点，引力关系极度微妙，极度不稳定。
你想想，前面有地球和月亮在拉你，后面还有个巨大的太阳在拉你。
你把一个几百公斤的卫星放那儿，它就像是站在一个“引力悬崖”的边上。
稍微一个不留神，它要么就被月球拽走，要么就飘向更远的深空。
美国人当年就是被这个吓退的。
这哪是放卫星啊，这简直是在高速旋转的陀螺尖上，再放一根针，还得让针立住。
11
那咋办呢？
中国科学家给“鹊桥”设计了一条“神仙轨道”--
“晕轮轨道”（Halo orbit）。
这个名字听着挺玄乎，它确实也玄乎。
它不是一个平面的圆圈，它是一条三维的、不规则的曲线。
你要非得形容一下，它就像一块“薯片”的边缘。
“鹊桥”就要沿着这个“薯片”的边儿，一圈一圈地飞。
12
而且它不是一个闭合的圈。
它每绕一圈，轨迹都会有细微的变化，最后形成一个像复杂弹簧一样的轨迹。
这还是在只有三个天体（地球、月球、卫星）的理想情况下。
太空中还有太阳这个“搅局者”。
太阳的引力，会不停地把这个“薯片”轨道拉偏。
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所以，“鹊桥”不能“躺平”，它必须时刻“保持清醒”，不停地调整自己的姿态。
它就像一个在8万公里外“走钢丝”的杂技演员。
风一吹（太阳引力一干扰），它就得赶紧扭一扭，保持平衡。
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为了让它能“扭”，工程师给它装了“双重保险”。
第一重：4台20牛顿的发动机。
这是“大力气”的，专门负责轨道修正。
万一轨道偏得多了，就靠它点火，猛地“拽”回来。
这4台还是“多备份”设计，只要有2台能正常工作，任务就能完成。
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第二重：12台5牛顿的小发动机。
这是“小力气”的，负责日常的姿态维持。
就像人走路摆动手臂一样，精细地调整卫星的朝向。
关键时刻，这12个小家伙也能临时“补位”。
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这些发动机烧什么呢？
100公斤的“无水肼”。
这玩意儿好，常温下就是油状，你不用点火，只要让它通过催化剂，它自己就能分解产生推力。
这就意味着，它不用再额外带一个死沉的“氧化剂”罐子。
在航天里，少带1克都是胜利。
好，解决了“站得住”的问题。
这是第一关，也是最难的一关。
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接下来，是第二关--“听得清”。
你“鹊桥”不是中转站吗？
你得能接收到月球背面“玉兔二号”月球车发来的信号啊。
问题又来了。
月球车在月球上，它是靠太阳能板吃饭的，电宝贵的很。
它不可能给你装一个大功率的发射器。
“玉兔二号”的发射功率，说出来你可能不信...
就跟几台咱们平时用的民用对jī机（对讲机）差不多。
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这点功率，发出的信号，要穿越7.9万公里...
将近8万公里啊...
传到“鹊桥”那儿，那个信号微弱到什么程度？
就好像，你在北京的马路上，轻轻地哼一首歌。
要让8万公里外的人，听清楚你哼的每一个调子。
这怎么可能？
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在月球车上装大天线，不现实。
它就那么点大，也背不动。
那咋办？
工程师想了个办法：月球车那边的“嗓门”小，那咱们“鹊桥”的“耳朵”就整大点呗！
于是，他们在“鹊桥”身上，装了一面“大耳朵”。
一面直径4.2米的抛物面天线。
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4.2米！
这是当时咱们国家所有深空探测器里，口径最大的通信天线。
它的增益，高达45分贝。
啥意思呢？
就是能把那个微弱到像“蚊子哼哼”一样的信号，放大几万倍。
这哪是“耳朵”啊，这简直是架了一个超级“顺风耳”。
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“大耳朵”是有了，可新问题又来了。
第一，它太重。
第二，火箭的整流罩里，也塞不下这么个大家伙。
“鹊桥”整颗卫星，发射它用的“长征四号丙”火箭，运载能力是有限的。
整星的重量，被严格控制在了448.7公斤。
你一个天线就占一半，那还玩不玩了？
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工程师们又想出了“巧招”--
“固网结合”。
啥叫“固网结合”？
就是天线的骨架（伞骨），用粗实的材料，保证支撑力，这是“固”。
但中间接收信号的面儿，不用一整块死沉的金属板，而是用柔性的金属网来替代，这是“网”。
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你别小看这个“网”。
只要这个金属网的网眼，比无线电波的波长小，它就能起到和一整块金属板一模一样的反射效果。
这一下，重量就下来了。
这思路，就很高明。
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那塞不下的问题怎么解决？
折叠。
发射的时候，这面4.2米的大天线，被收拢折叠成一个直径才1米的小捆，塞在火箭里。
等到了太空，星箭分离之后，它得靠弹簧机构，自己“唰”一下，自动展开。
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这个“打开”的过程，风险极高。
你想想，在太空那种真空、低温的环境下，几百个小零件，万一哪个小弹簧卡住了...
打不开了，或者打开了但面儿不平整...
那这4.2米的“大耳朵”就废了。
整个任务，几百亿的投入，就全完了。
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为了保证它能百分之百成功展开...
地面的团队，有多“变态”呢？
他们模拟太空的真空、低温环境，在地面那个巨大的试验罐里，反反复复，做了一百多次试验。
就是为了确保，它“唰”一下打开之后，整个天线的型面精度，必须控制在“毫米级”。
偏一点点，信号就对不上了。
这活儿，干的真是细。
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好，“大耳朵”也有了。
第三关来了--“瞄得准”。
天线的口径越大，它“听”得是清楚了，但它的“听力范围”，也变得非常非常窄。
啥意思呢？
就好像你用一根吸管去听声音。
你必须把吸管口，精确地对准那个发出声音的人。
稍微偏一点点，你就啥也听不见了。
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任务要求，“鹊桥”的这面大天线，指向月球背面的“玉兔二号”时，偏差不能超过0.2度。
0.2度...
这是什么概念？
太难了。
关键是，“鹊桥”自己在那个“薯片”轨道上“跳舞”，月亮在动，地球也在动。
大家都在动，你还要保持这么高的精度。
这简直是“千里穿针”。
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常规的办法，是给天线加一套“脖子”，一个转向机构，让天线自己转。
但工程师们，又把这个方案给否了。
为啥？
还是老问题：
第一，重。
第二，你加的活动部件越多，故障的风险就越大。
太空里坏了，你上哪修去？
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那咋办呢？
中国工程师的思路，又一次“不走寻常路”了--
不让天线转？
那...
就让整个卫星转！
31
你没听错。
天线是固定在卫星身上的，要调整天线的指向，就直接调整整个“鹊桥”卫星的姿态。
这个卫星，400多公斤。
为了“瞄准”，工程师们选择让这个400多公斤的大家伙，在8万公里外，玩“精细微调”。
这波操作，真的是艺高人胆大。
3S-Band Antenna Assembly
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要让一个400多公斤的卫星，在8万公里外玩“精确瞄准”，它总得知道自己“歪没歪”吧？
它靠什么来定位呢？
它装了两套“眼睛”。
第一套，叫“激光陀螺”。
这玩意儿，是用来测量角动量的，计算自己“转了多少角度”。
第二套，叫“星敏器”。
这玩意儿更神，它就像个“找星星的望远镜”，它通过观测恒星的位置，来校准自己“身在何方”。
33
这两套系统互相配合，一个“算”自己动了多少，一个“看”星星知道自己在哪里。
定位，就非常准了。
这还不够。
卫星到了轨道上之后，咱们在上海天马站，那个65米口径的射电望远镜，还会帮它做最后的“标定”。
让卫星按螺旋或者十字交叉的方式，扫一扫。
地面分析信号强弱，计算出偏差，再发指令修正轨道。
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最后，硬生生把这个指向精度，控制在了0.1度以内。
你看看。
任务要求是0.2度，咱们做到了0.1度。
远超任务要求。
这技术，没得说。
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前面说的这些，都还是“常规”操作。
还有一个“大魔王”，是所有太空探测器都躲不过的--
极端环境。
尤其是温度。
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“鹊桥”运行的那个“薯片”轨道，它不是永远都有太阳照的。
它会经历“阴影期”。
就是卫星飞到了地球或者月球的影子里，太阳光被挡住了。
这个“阴影期”，一次长达4个多小时。
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没有太阳光，在太空里，意味着什么？
温度“跳水”。
会瞬间降到多少呢？
零下230摄氏度（-230℃）。
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-230℃...
咱们概念里，南极最冷的时候，也就零下90度左右。
这比南极最冷的时候，还冷了140度。
在这种极寒下，裸露在外的天线伞骨、张力绳，任何一个金属部件，都可能因为低温收缩...
直接“冻”坏了。
那咋办？
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老办法，穿“衣服”。
卫星内部的关键部件，都裹着金灿灿的“多层隔热材料”。
这就像咱们冬天穿的羽绒服，还是超级加厚版的，减少热量散失。
4s, and the spacecraft can take images and make measurements for a few hours.
40
但是光穿衣服不够啊。
它自己不产生热量，你裹得再厚，时间长了也得冻透。
所以，工程师们想了个“主动供暖”的办法。
在进入“阴影期”之前，卫星会提前“预热”。
同时，关掉那些不是必须的设备（比如荷兰那个探测仪），把宝贵的电力，集中供给核心的通信设备。
让它们自己发热，硬“扛”过这4个多小时的黑暗和严寒。
4Button
41
至于那些必须裸露在外的机械结构，像天线。
没办法，只能靠材料本身“扛”。
在地面上，这些部件，早就被扔进大型的真空低温试验罐里，被-230℃的低温，反反复复折磨过无数次了。
确保它们“扛得住”。
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说了这么多难点，咱们再回头看一个最关键的数字。
“鹊桥”卫星，这么复杂，功能这么强，它到底有多重？
448.7公斤。
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你没看错，就448.7公斤。
啥概念？
就跟一张长宽1.4米、高85公分的大桌子，差不多重。
这简直是“轻量化”的奇迹。
为什么一定要这么轻？
因为咱们当时发射它用的，是“长征四号丙”火箭。
火箭的运载能力是有限的，你超重1公斤，就送不上去。
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所以说，中国的航天工程师，就是在“螺蛳壳里做道场”。
要在这么点重量里，塞进那么多功能，还得保证它能在-230℃的环境下，精确地“瞄准”8万公里外的“对讲机”信号。
这才是最见功力的地方。
45
怎么减重的？
各种“黑科技”都用上了。
比如，把好几个电子芯片，集成到一个模块里。
体积一下缩小了50%，重量减轻了40%。
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还有那个星敏传感器（就是“找星星的望远镜”）的支架。
这种小部件，放以前，就是用一整块金属材料，慢慢切削。
又重又浪费。
4cS-Band Antenna Assembly
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但这次，工程师们用了3D打印技术。
直接打印出“中空”的结构。
强度一点不减，重量从0.46公斤，降到了0.19公斤。
一下减重了59%。
就是在这种“一克一克”的计较下，才把重量压到了448.7公斤。
这不只是省钱，这是设计理念的先进。
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别看“鹊桥”个头小，它的功能可不止是“中继”。
它还顺便干了好多“私活”。
它身上，不是还搭载了荷兰研制的那个“低频射电探测仪”吗？
利用月球背面那个“绝对安静”的环境，去捕捉100kHz到80MHz频段的射电信号。
这些信号，在地球上根本测不到。
这一下，就填补了咱们在低频射电观测上的空白。
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它还带了个大尺寸的“空心角反器”。
这玩意儿，让咱们的激光测距能力，从以前的地月38万公里，一下子提升到了地“鹊”48万公里。
这有什么用呢？
能更精确地计算地月距离，还能检验一下广义相对论到底准不准。
也算是为咱们以后去火星搞测距，提前积累经验了。
一个卫星，干了三件事。
这钱，花的太值了。
50
当然了，航天探索，从来都不是一帆风顺的，风险无处不在。
“鹊桥”发射的时候，其实还“顺带”搭载了两颗哈工大研发的小卫星。
叫“龙江1号”和“龙江2号”。
原计划是让它俩搞联合无线电干涉测量。
51
可意外还是发生了。
5月22号，也就是“鹊桥”发射后第二天，“龙江1号”在进行轨道修正的时候...
突然，失联了。
地面团队当时肯定也蒙了。
这俩是“孪生星”，1号的控制系统要是有问题，那2号是不是也悬了？
要不要给2号继续发指令？
这个小插曲也提醒咱们，太空里每一步都伴随着巨大的风险。
这也反过来让“鹊桥”的百分之百成功，显得更加了不起。
52
回头再看。
从攻克L2点的“幽灵轨道”，到捕捉对讲机级别的微弱信号。
从抵抗-230℃的极端深寒，到实现448.7公斤的极限轻量化。
“鹊桥”，它不只是一个中继卫星。
它代表了中国航天的一种能力。
一种别的国家，看了几十年，觉得“太难、太贵”望而却步，我们却能靠着智慧、毅力和精打细算，硬生生把它从设想变成现实的能力。
53
这事儿吧，越想越觉得不简单。
它就像一个默默无闻的“信使”，在8万公里外，把月球背面的秘密传回地球。
它也像一个“路标”，告诉全世界，在探索宇宙这条路上，有一种新的玩法，叫“中国式巧干”。
有些难题，光靠砸钱是解决不了的。
你得有那个脑子，还得有那个胆子。
创作声明：
本故事来源：【《新华网》、《中国国家航天局（CNSA）官方发布》、《人民网》、《Global Times》】，本文依据公开报道的资料基础上进行创作故事，有些部分可能会在细节上进行了合理推演。凡涉及推测性内容，均基于同时代的社会背景、文化习俗和相关资料进行合理构建，部分细节进行了文学性渲染和合理推Yǎn（推演），有部分为艺术加工，如有表达的观点仅代表笔者个人理解，请理性阅读。部分图片来源网络，或与本文并无关联，如有侵权，请告知删除；特此说明！谢谢！
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朱珠的生图原来是这样呀, 她脸上那两个梨涡可真深啊。