再有五個(gè)多月，服務(wù)月球探測(cè)任務(wù)的鵲橋二號(hào)中繼通信衛(wèi)星就將在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)由CZ-8火箭實(shí)施發(fā)射任務(wù)，該衛(wèi)星的發(fā)射將標(biāo)志著嫦娥探月工程四期的持續(xù)深入推進(jìn)。

鵲橋二號(hào)中繼星構(gòu)型圖

CZ-8 火箭（資料圖）

在圓滿完成嫦娥探月工程繞、落、回三步走規(guī)劃任務(wù)之后，工程總體適時(shí)啟動(dòng)了探月工程四期任務(wù)，包括嫦娥四號(hào)、嫦娥六號(hào)、嫦娥七號(hào)、嫦娥八號(hào)四次任務(wù)，其中人類首個(gè)月球背面探測(cè)任務(wù)嫦娥四號(hào)是在探月工程四期立項(xiàng)之前就已經(jīng)完成部署。

接下來(lái)的重點(diǎn)任務(wù)將是2024年前后的嫦娥六號(hào)、2026年前后的嫦娥七號(hào)、2028年前后的嫦娥八號(hào)，而鵲橋二號(hào)對(duì)于整個(gè)探月工程四期而言，也有著某種程度上的“一發(fā)定全局”的意義。

鵲橋二號(hào)原本是作為嫦娥七號(hào)的組成部分一起發(fā)射，而嫦娥七號(hào)也原本是規(guī)劃在嫦娥六號(hào)之前發(fā)射。

當(dāng)初之所以想讓嫦娥七號(hào)跳號(hào)發(fā)射，目的也是顯而易見，就是想用嫦娥七號(hào)攜帶的鵲橋二號(hào)中繼衛(wèi)星為嫦娥六號(hào)執(zhí)行我國(guó)第二次無(wú)人月球采樣返回任務(wù)服務(wù)。

多次采樣返回可以獲得不同月面區(qū)域的樣品，對(duì)全面深入認(rèn)知月球很有助益。既然是二次采樣，當(dāng)然不能是第一次的簡(jiǎn)單重復(fù)，比如讓嫦娥六號(hào)去月球南極采樣的呼聲一度是很高的。

嫦娥七號(hào)主要聚焦月球南極，及全月遙感探測(cè)，其中著陸任務(wù)的一項(xiàng)重要使命就是找水。為了著陸月球南極狹小的連續(xù)光照區(qū)，嫦娥七號(hào)還將突破月面定點(diǎn)著陸技術(shù)。

月球南極著陸需攻克一百米偏差范圍內(nèi)的定點(diǎn)著陸技術(shù)

在過(guò)去的一段時(shí)間看來(lái)，既然嫦娥七號(hào)是在嫦娥六號(hào)之前發(fā)射，那么嫦娥七號(hào)突破的月面定點(diǎn)著陸技術(shù)，自然也可以移植到嫦娥六號(hào)上。這樣一來(lái)，嫦娥六號(hào)就可以確保降落在嫦娥七號(hào)旁邊，從而形成嫦娥七號(hào)先行探測(cè)，嫦娥六號(hào)后至采樣返回的任務(wù)協(xié)作關(guān)系。

想象是美好的，但進(jìn)行任務(wù)設(shè)計(jì)時(shí)還是要考慮具體的實(shí)際情況。

首先是嫦娥六號(hào)任務(wù)的約束，該探測(cè)器是嫦娥五號(hào)的備份探測(cè)器，兩個(gè)探測(cè)器的器件生產(chǎn)間隔時(shí)間并不長(zhǎng)，這也意味著嫦娥六號(hào)相關(guān)器件在地面長(zhǎng)期處于貯存狀態(tài)，而探測(cè)器并不能長(zhǎng)期處于貯存狀態(tài)。

比如當(dāng)年由于 CZ-5 遙二火箭發(fā)射失敗，嫦娥五號(hào)探測(cè)器被迫推遲了三年時(shí)間，在此期間為了貯存嫦娥五號(hào)是做了很多準(zhǔn)備的，解除貯存狀態(tài)后還要進(jìn)行各種測(cè)試，以確認(rèn)探測(cè)器是否具備執(zhí)行任務(wù)的能力狀態(tài)。

嫦娥五號(hào)是“七年研制，三年貯存”

就是說(shuō)，嫦娥六號(hào)也不能因?yàn)殒隙鹌咛?hào)而長(zhǎng)期等待下去，需要盡早發(fā)射。

除了發(fā)射時(shí)間的約束，還有探測(cè)器的能力約束。嫦娥六號(hào)作為嫦娥五號(hào)的備份，其設(shè)計(jì)可登陸的緯度是月球中低緯度區(qū)域，如果登陸高緯度極區(qū)，在那里太陽(yáng)高度角非常低，需要太陽(yáng)能電池板呈豎直狀布置，加之月面地形阻擋光照，約束條件更多，這就必然導(dǎo)致太陽(yáng)能電池板的發(fā)電功率下降，進(jìn)而難以支撐包括月表采樣與月表鉆取采樣任務(wù)的實(shí)施，需要對(duì)嫦娥六號(hào)進(jìn)行更大規(guī)模的改造。

著陸器與上升器組合體光照測(cè)試

現(xiàn)在我們都知道了，嫦娥六號(hào)并不計(jì)劃去月球南極采樣，而是赴月球背面南半球的中緯度區(qū)域采樣，這就需要中繼衛(wèi)星的支持。

鵲橋號(hào)中繼衛(wèi)星已經(jīng)超期服役

目前唯一在軌的鵲橋號(hào)中繼衛(wèi)星早已進(jìn)入超期服役階段，我們不可能將月球采樣返回這種重大任務(wù)寄希望于一顆隨時(shí)可能退役的中繼衛(wèi)星身上，因此必須發(fā)射新的中繼衛(wèi)星——鵲橋二號(hào)。

這意味著鵲橋二號(hào)必須在嫦娥六號(hào)發(fā)射之前完成發(fā)射與部署，變相要求嫦娥七號(hào)也在嫦娥六號(hào)之前發(fā)射，因?yàn)榇饲谤o橋二號(hào)是嫦娥七號(hào)的一部分。

嫦娥七號(hào)老構(gòu)型

但是，嫦娥七號(hào)作為一款多器組合的大規(guī)模探測(cè)器，其研制任務(wù)難度是很大的，比如月面定點(diǎn)著陸技術(shù)、飛躍探測(cè)器、以及眾多的高價(jià)值科學(xué)探測(cè)載荷，需要更長(zhǎng)的研制準(zhǔn)備時(shí)間，客觀上并不能先于嫦娥六號(hào)發(fā)射，所以，將鵲橋二號(hào)與嫦娥七號(hào)分離，前者作為一個(gè)獨(dú)立航天器進(jìn)行發(fā)射就勢(shì)在必行。

鵲橋二號(hào)現(xiàn)如今已經(jīng)是一個(gè)獨(dú)立的航天發(fā)射任務(wù)，與鵲橋號(hào)部署于地月拉格朗日L2點(diǎn)環(huán)繞軌道不同，鵲橋二號(hào)的目標(biāo)軌道是繞月大橢圓傾斜凍結(jié)軌道，特點(diǎn)是有更大的軌道傾角，同時(shí)遠(yuǎn)月點(diǎn)在月球南極一側(cè)，這樣就能確保衛(wèi)星過(guò)頂月球南極時(shí)有更長(zhǎng)的中繼通信時(shí)間，這條軌道還有一個(gè)好處就是燃料消耗極少，使得鵲橋二號(hào)的設(shè)計(jì)壽命可以長(zhǎng)達(dá)8至10年。

鵲橋二號(hào)部署軌道示意圖

按照計(jì)劃，明年3月，鵲橋二號(hào)將率先發(fā)射，其第一個(gè)任務(wù)就是為嫦娥六號(hào)月背采樣返回任務(wù)進(jìn)行中繼通信服務(wù)，所以它會(huì)先進(jìn)入有利于延長(zhǎng)與嫦娥六號(hào)月背通信時(shí)間的軌道，之后再調(diào)整至目標(biāo)軌道，以服務(wù)后續(xù)的嫦娥七號(hào)月球極區(qū)探測(cè)任務(wù)。

即便進(jìn)入服務(wù)月球極區(qū)探測(cè)的目標(biāo)中繼通信軌道之后，鵲橋二號(hào)也具備月背中繼通信能力，從而可以接棒鵲橋號(hào)，以延長(zhǎng)目前正在月球背面馮·卡門撞擊坑內(nèi)執(zhí)行原位與巡視探測(cè)任務(wù)的嫦娥四號(hào)探測(cè)器的工作壽命。

鵲橋二號(hào)也可勝任嫦娥四號(hào)月背中繼通信任務(wù)

鵲橋二號(hào)與嫦娥七號(hào)分開各自奔月，還有一個(gè)利好，就是解放了嫦娥七號(hào)著陸器頂部空間。

先來(lái)看看嫦娥七號(hào)的詳細(xì)任務(wù)介紹：中國(guó)探月工程四期嫦娥七號(hào)任務(wù)將開展月球南極的環(huán)境與資源勘查，包括月球南極月表環(huán)境、月壤水冰和揮發(fā)組分等探測(cè)任務(wù)，獲取全月球、著陸區(qū)與巡視區(qū)域的遙感和就位科學(xué)數(shù)據(jù)，并為月球科研站建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

要完成這么多任務(wù)，自然就需要更多不同分工的探測(cè)器。

按照老構(gòu)型，嫦娥七號(hào)是由軌道器、著陸器、月球車、中繼星、飛躍探測(cè)器組成，整體構(gòu)型延續(xù)了嫦娥五號(hào)的總體布置。所不同的是，軌道器支撐艙里沒有了返回器，著陸器上方的上升器換成了中繼星與飛躍探測(cè)器，月球車則布置在著陸器的側(cè)壁，這與此前玉兔號(hào)、玉兔二號(hào)兩輛月球車布置于著陸器頂部不同。

在嫦娥七號(hào)老構(gòu)型中可以看到，由于受中繼星的位置擠占，飛躍探測(cè)器整體規(guī)模非常小，在老構(gòu)型中，飛躍探測(cè)器真的最多就只能搭載一臺(tái)科學(xué)探測(cè)載荷，工作能力有限。

在嫦娥七號(hào)老構(gòu)型中，飛躍探測(cè)器規(guī)模很小。

而在嫦娥七號(hào)新構(gòu)型中，沒有了中繼星，著陸器頂部空間就可以完全留給飛躍探測(cè)器，這就使得“飛躍探測(cè)器”這個(gè)小家伙一下子長(zhǎng)大了很多。

在嫦娥七號(hào)新舊構(gòu)型方案對(duì)比中，變化最大的就是飛躍探測(cè)器。

飛躍探測(cè)器是做什么用的？

飛躍探測(cè)器可以視作是一款具備反復(fù)起飛與反復(fù)著陸功能的著陸器，隨嫦娥七號(hào)著陸器登月之后，飛躍探測(cè)器從著陸器頂部起飛并著陸月面。

飛躍探測(cè)器著陸腿的不同狀態(tài)構(gòu)型

話說(shuō)自天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)任務(wù)開始，航天人在提高探測(cè)任務(wù)面向公眾的工程展示度方面就有了很多玩法，比如利用分離相機(jī)拍攝天問(wèn)一號(hào)整器深空自拍、分離相機(jī)拍攝祝融號(hào)火星車與著陸平臺(tái)合影、分離相機(jī)拍攝環(huán)繞器與火星合影等等。

天問(wèn)一號(hào)整器深空自拍

分離相機(jī)拍攝祝融號(hào)火星車

分離相機(jī)拍攝祝融號(hào)火星車與著陸平臺(tái)合影

分離相機(jī)拍攝環(huán)繞器與火星合影

環(huán)繞器使用自拍桿自拍

嫦娥七號(hào)在提高工程展示度方面也可以有很多有意思的操作，比如飛躍探測(cè)器著陸月面后，會(huì)與著陸器、玉兔三號(hào)月球車實(shí)現(xiàn)三器互拍，這畫面一定是相當(dāng)震撼。

再比如NASA的毅力號(hào)火星車，它可以拍攝機(jī)智號(hào)火星無(wú)人機(jī)的飛行畫面，我們的著陸器或者月球車同樣也可以拍攝飛躍探測(cè)器在月面上空的飛行畫面。

完成三器互拍后，飛躍探測(cè)器將擇機(jī)飛入一個(gè)永久陰影坑著陸，直接獲取水冰資源存在與否的證據(jù)。

飛躍探測(cè)器還將配置鉆進(jìn)采樣裝置，利用回傳沖擊鉆在永久陰影區(qū)坑底鉆取月壤，鉆進(jìn)深度可達(dá)1米量級(jí)，并通過(guò)樣品轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)將月壤傳遞至水分子分析儀進(jìn)行分析研究。

月球是無(wú)大氣真空環(huán)境，飛躍探測(cè)器是如何跳躍飛行的呢？

肯定是不能像火星上的機(jī)智號(hào)無(wú)人直升機(jī)那樣使用旋翼，飛躍探測(cè)器的動(dòng)力是基于燃料消耗的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。它不僅能飛，還能基于著陸腿的差動(dòng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)月面爬行機(jī)動(dòng)。

降落至永久陰影區(qū)坑底后，飛躍探測(cè)器可以利用月面爬行功能離開反推發(fā)動(dòng)機(jī)羽流影響區(qū)域，移動(dòng)至一塊比較干凈的月面進(jìn)行采樣分析研究，從而獲得更為真實(shí)的水冰探測(cè)數(shù)據(jù)。

完成永久陰影區(qū)探測(cè)任務(wù)后，飛躍探測(cè)器再次起飛至陽(yáng)照區(qū)著陸。

飛躍探測(cè)器總共要完成三次起飛與著陸，分別是，飛離著陸器至月面、飛赴永久陰影區(qū)、永久陰影區(qū)坑底起飛。

三次飛行任務(wù)完成后，飛躍探測(cè)器的燃料也將消耗殆盡，之后它還可以利用月面爬行功能實(shí)現(xiàn)在陽(yáng)照區(qū)的廣域移動(dòng)與采樣分析任務(wù)。月球極區(qū)的陽(yáng)照區(qū)通常有很長(zhǎng)的連續(xù)光照時(shí)間，所以即便飛躍探測(cè)器沒有配置月夜保溫裝置，也可以有兩三個(gè)月的設(shè)計(jì)壽命。（除飛躍探測(cè)器外，嫦娥七號(hào)其它各器設(shè)計(jì)壽命均不低于8年，是典型的長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)。）

飛躍探測(cè)器早期移動(dòng)測(cè)試平臺(tái)

話說(shuō)，越長(zhǎng)越大的飛躍探測(cè)器究竟有多重呢？

這個(gè)問(wèn)題可以從嫦娥五號(hào)身上找到線索，因?yàn)殒隙鹌咛?hào)的著陸能力其實(shí)與嫦娥五號(hào)的著陸器與上升器組合體的著陸能力一致。

嫦娥五號(hào)發(fā)射質(zhì)量8.2噸，其中軌道器4噸、返回器0.3噸、著陸器2.931噸、上升器0.769噸、軌道器與返回器組合體的支撐艙約0.2噸。

嫦娥五號(hào)著陸月面的著陸器與上升器組合體的發(fā)射質(zhì)量約3.7噸，這也意味著嫦娥七號(hào)執(zhí)行登月任務(wù)的探測(cè)器發(fā)射質(zhì)量也會(huì)在3.7噸左右。

嫦娥五號(hào)著陸器與上升器組合體構(gòu)型圖

嫦娥五號(hào)著陸器攜帶的上升器發(fā)射質(zhì)量基本可以與嫦娥七號(hào)著陸器攜帶的月球車+飛躍探測(cè)器的總和畫等號(hào)，也就是說(shuō)，玉兔三號(hào)月球車+飛躍探測(cè)器的總噸位也大致會(huì)在0.769噸左右。

以玉兔二號(hào)月球車為例，其重量是0.14噸，嫦娥七號(hào)攜帶的玉兔三號(hào)會(huì)略重，但總體設(shè)計(jì)方案基本繼承，重量估計(jì)有0.15噸，那么飛躍探測(cè)器的重量就是0.6噸左右。

玉兔三號(hào)寒區(qū)測(cè)試

也就是說(shuō)，飛躍探測(cè)器比玉兔三號(hào)月球車重得多，而且外觀尺寸從公開的構(gòu)型圖看，也要大一些。

之所以飛躍探測(cè)器更大更重，也是因?yàn)槿卧旅骘w行任務(wù)需要消耗大量的燃料，加上探測(cè)器規(guī)模的擴(kuò)大，需要布置鉆進(jìn)采樣裝置。

嫦娥七號(hào)新構(gòu)型

飛躍探測(cè)器可能還要繼承嫦娥五號(hào)的一個(gè)減重設(shè)計(jì)

嫦娥五號(hào)的著陸能力其實(shí)是繼承于嫦娥三號(hào)，嫦娥五號(hào)著陸器攜帶的0.769噸重的上升器相較于嫦娥三號(hào)攜帶的0.14噸重的月球車，其實(shí)已經(jīng)是超重。

嫦娥五號(hào)著上組合體解決超重問(wèn)題的辦法主要有兩個(gè)，首先是優(yōu)化著陸程序設(shè)計(jì)。

嫦娥系列登月著陸任務(wù)一般分為主減速段、快速調(diào)整段、接近段、粗避障段、懸停段、精避障段、緩速下降段，其中主減速段行程最長(zhǎng)，此階段主要依靠反推發(fā)動(dòng)機(jī)滿功率運(yùn)行，承擔(dān)大部分的減速任務(wù)。

嫦娥三號(hào)月面著陸步驟

嫦娥三號(hào)動(dòng)力減速段的終點(diǎn)高度是距月面約3公里，嫦娥五號(hào)則是將此段的終點(diǎn)高度下調(diào)至2.5公里，從而讓動(dòng)力減速段承擔(dān)更多的減速任務(wù)，減輕后續(xù)階段的減速壓力。

再就是嫦娥五號(hào)著陸器與上升器共用一套飛控設(shè)備，著陸器不再單獨(dú)配置飛控設(shè)備，這樣一來(lái)著陸器就實(shí)現(xiàn)了減重，上升器還可以繼續(xù)用這套飛控設(shè)備服務(wù)月面起飛任務(wù)。

嫦娥五號(hào)著陸器降落相機(jī)在登月過(guò)程中拍攝的主減速段畫面

嫦娥七號(hào)也完全可以沿用嫦娥五號(hào)的這兩個(gè)辦法，尤其是飛躍探測(cè)器與嫦娥五號(hào)上升器一樣，都有著陸月球后的再起飛任務(wù)，都要用到飛控設(shè)備。

隨著時(shí)間的推移，探測(cè)器搭載的各類器件的小型化設(shè)計(jì)制造能力也會(huì)進(jìn)一步提高，省下來(lái)的重量都可以轉(zhuǎn)化為載荷搭載能力。

嫦娥七號(hào)著陸月球部分與軌道器分離效果圖

越來(lái)越多的深空探測(cè)實(shí)戰(zhàn)任務(wù)讓我們的探測(cè)器設(shè)計(jì)制造水平不斷迭代，而這正是我們中國(guó)航天永遠(yuǎn)值得期待的底氣所在。