已满三年服役年限，鹊桥中继星还在为月地牵线搭桥

月球南极和背面常被视为探月科考的理想地区，比如嫦娥四号已经成功登陆了月背，未来嫦娥七号也将登陆月球南极。但由于这些地区与地面之间没有直接的可视和传输路径，因此必须要靠轨道上的中继卫星来与地面站建立通信，将数据传输回地面，这也就是嫦娥四号月球探测器为何需要鹊桥中继星的原因。

鹊桥经久耐用的原因

自2018年5月21日发射成功，6月14日进入地月拉格朗日L2点的使命轨道以来，鹊桥已经经历了3年的服役周期，这已经超过了最初设计的使用年限，那么鹊桥为何能长时间运转呢？

鹊桥基于中国空间技术研究院旗下的航天东方红卫星有限公司的CAST100小型卫星打造，太阳能电源系统采用了三结砷化镓太阳能电池，输出功率可达780W。

鹊桥的飞行轨迹 / 航天东方红卫星

设计之初，为了确保鹊桥能够在太空中正常运转，工程师们在这上面花费了大量的时间。总设计师张立华提到，他们花了两年多的时间研制，在不到四个月的时间里在地面进行了1300多个小时的测试。因为在中继星运行的过程中，不仅需要抵抗辐射，还要不时经过一段长达四个多小时的阴影区，温度最低可至零下230摄氏度，这对卫星天线以及其中的元件稳定性与可靠性来说都是极大的考验。

除此之外，在与发射器分离后，鹊桥并非直接被架设在指定轨道上，而是被放置在一个月球借力飞行轨道上，这也就是为何直到6月14号才进入使命轨道的原因。这么做固然会耗费一定的时间，但同时也节省了能源和燃料。在定期在轨维护后，卫星还有近8年的寿命。

如何保证地月中继通信

中继通信卫星需要建立四个不同的通信线路，地面站与中继卫星之间的双向链路，以及中继卫星与月球表面探测器之间的双向线路。利用不同的频率和射频矩阵开关，四个中继通信链路都可以使用同一个抛物面天线。

由于采用了窄波束角，中继通信天线的指向精度至关重要。经过位于上海的地面天线测试，由鹊桥向地面天线发送载波信号，以此计算误差，最终得出中继通信天线的指向误差小于0.1°，还要优于0.2°的要求精度。

到了2020年末，着陆器与玉兔2号月球车已经在月球进行了总时长长达25个月球日的任务，在月球表面行驶了600米以上的距离。在月球夜晚，两者就会进入休眠模式，直到月球的白天才唤醒，再度打开所有科学仪器。

鹊桥与月球和地面之间的通信链路 / 航天东方红卫星

地面站以1000bit/s的速度将指令发送给鹊桥，接着鹊桥将这些指令以125bit/s的速度分别传输给着陆器和月球车。随后着陆器与月球车分别以555kbit/s和285kbit/s的速度将遥测和科考数据发给中继卫星，鹊桥再以2Mbit/s或4Mbit/s的速度将数据汇总发给地面基站。

之所以会有这样的速率差异是因为相对距离以及采取的波段有所差距，比如鹊桥与月球表面使用的统一X波段(7-8GHz)，以及鹊桥与地面之间使用的统一S波段（2-4GHz）。由于着陆器和月球车功率有限，X波段可以为其减轻大量的通信负担，中继卫星也只需要用到两个20W的放大器即可，而中继卫星与地面之间的传输则需要用到两个43W的固态放大器。

展望探月未来

中国探月工程总设计师吴伟仁透提到，探月工程四期的实施方案已经完成论证，未来有望在月球南极建立国际月球科研站。今年三月9日，中国与俄罗斯也签署了合作建设国际月球科研站的协议，分享空间科学等技术方面的检验，一同开启下一轮探月计划。

而科研站所需的速率自然远非初期探索可比，也对传输速率提出了更高的要求。未来的中继卫星很可能会采用Ka波段（26.5-40GHz）这样更高频率的波段，甚至是更加先进的光通信技术。