雙伴星月
傳聞， 月亮是一對雙生花， 其中一個體積微小， 而另一個則是如今我們天天看到的月亮。
地球曾被其他巨大行星撞擊， 產生了月亮的同時， 也產生了一顆小月亮， 它和月亮同時繞著地球轉動。 之後， 小月亮和月亮相撞， 造成了月亮地表的差異， 當然， 見證這一切的是當時沒有生命的地球。
還有人認為小月亮可能是外星人停放UFO的場地；小月亮也有可能是外星人在星際旅行中歇腳的UFO基地， 因為操作不當， 而和月亮發生了碰撞。
然而陪伴了地球超過45億年的， 仍然是月球這一顆天然衛星。 它對地球地軸指向、自轉穩定、週期潮汐、夜晚照明等有著巨大意義。
為什麼我們永遠看到的是月球的一面
而看不到另一面呢？
由於地球強大引力的影響， 月球也付出了很大代價：地球將它的自轉週期減慢為與圍繞地球公轉週期完全一樣， 也就是潮汐鎖定。
在這種效應下， 身處地球的人類基本永遠只看到月球的“正面”， 只能在月球的天秤動效應下（月球軌道是橢圓， 在軌道不同點的公轉速度不同， 月球自轉也相對地球軌道面有一定傾角）看到月球“背面”一小部分（積累下來的極限是18%）。
但總體來看， 人類是無法看全月球背面的。
人類在地球上永遠只能看到的月球正面（左）
和看不全的背面（右）（圖片來源於NASA）
為什麼要研究月球的背面
1.地質學研究
月球背面具有不同於月球正面的地質構造， 多“山”多“穀”， 所以對研究月球和地球的早期歷史具有重要價值。
地球上經歷了多次滄海桑田， 早期地質歷史的痕跡早已消失殆盡， 只能寄望於從月球上仍保存完好的地質記錄中挖掘地球的早期歷史。
因此， 對月球背面開展形貌、物質組成、月壤和月表淺層結構的就位與巡視綜合探測， 可促進對月球早期演化歷史的新認知， 對研究地球的早期歷史也有重要價值。
2.天文學研究
在地球上， 日常生產生活的電磁環境會對射電天文觀測產生了顯著干擾， 因此天文學家一直希望找到一片完全寧靜的地區，
月球被面地圖， 上面有更多的隕石坑
月球背面的研究進程
即便到了載人航太時代， 由於月球整體的阻攔， 背面成了地面通信的禁區。
在過去的60年內， 人類已經發射了超過百個月球探測器， 其中有65個月球著陸器， 但僅有非載人的環繞月球軌道器和載人的阿波羅8/10/11/12/13/14/15/16/17看到過月球背面， 沒有任何一個能夠實現月球背面的著陸。
月球背面著陸的難度
正是由於在地球上永遠看不到月球的背面， 所以對月球背面進行落月探測是很困難的，
什麼是“鵲橋”月球中繼衛星
中繼星與地球、月球的軌道關係
為了解決月球背面的無線電通信問題， 最好的方案就是先發射一顆月球中繼衛星， 用它在地球站與在月球背面著陸的探測器之間搭建一座用於通信聯繫的“橋樑”。
為此， 我國在發射嫦娥四號落月探測器之前先於今年5月用長征四號丙火箭把“鵲橋”送入地月拉格朗日2點。
這顆月球中繼衛星距離地球約48萬千米， 距離月球約8萬千米， 預期壽命5年， 而且運行非常穩定。
在這個點上，
當然， 中國嫦娥四號登陸信號中繼星是歷史上首次。 有了這顆月球中繼衛星， 在地球上就可以對落在月球背面的嫦娥四號進行測控通信和科學資料傳輸了。
例子
2003年， 中國航太第一人楊利偉進入太空， 彼時他只能在飛到中國附近衛星測控站時才能與地球聯繫。 無論是跟國防部長通話還是跟家人問候， 一次大概5分鐘就必須草草結束。
而到了2013年神舟十號， 王亞平就已經能在太空中實現51分鐘的太空授課， 期間飛船繞了地球大半圈。 到了神舟十一號，景海鵬和陳冬已經能看地面電視直播了。
他們依賴的就是我國覆蓋全球的四顆信號中繼衛星
天鏈一號
“鵲橋”月球中繼衛星的工作原理
嫦娥四號信號中繼衛星帶有一個口徑4.2米的傘面天線
不同於大型的天鏈系列衛星，鵲橋使用的是我國空間技術研究院CAST100衛星平臺，這是一個微小衛星通用平臺，因而鵲橋也的確“身輕如鵲”，只有包含燃料也僅有幾百千克。
為了穩定在遙遠的深空同時保證對地月通訊的穩定，鵲橋必須定位在一個叫做地月拉格朗日二點的位置附近，選擇一條獨特的Halo軌道。在此前2014年的嫦娥五號T1測試飛行器已經驗證了相關軌道轉移和控制技術。
拉格朗日點又叫做平動點，對於兩個天體而言，它們的綜合引力影響在這些點（共計5個）達到平衡，那麼航天器處在這個位置附近的Halo軌道時將會相對兩個天體幾乎靜止。
拉格朗日二點就是引力平衡、在較小天體外側的點，在月球背後。因此，選擇這個點有三個重大優勢：
a. 隨著這兩個天體一同運動並與二者處在幾何關係幾乎不變的狀態；
b. 兩個天體引力平衡，衛星所需要的軌道維持燃料極少；
c. 沒有天體遮擋，一直暴露在日照之下，太陽能豐富。
因此，對於設計壽命5年的信號中繼星而言，它能夠輕易穩定在這個軌道數十年，足夠中國、乃至葉培建院士提出的也可以幫助其他國家類似月球背面任務使用。
在2018年底，嫦娥四號抵達月球背面時，這個鵲橋“天眼”將會執行任務的指令發送、信號中繼、資料下載等功能，成為連結地球與月球的“鵲橋”。
中繼星實現地月信號傳遞的鏈路
同時，這個中繼星還攜帶了鐳射反射器，驗證我國的超遠距離鐳射測距技術。2018年1月27日，我國剛實現了地月距離的鐳射測距，而中繼星將會把這個距離進一步增加約8萬千米（月球距離地球最遠狀態是40萬千米）。
由於執行發射任務的長征四號丙火箭發射鵲橋運力尚有剩餘，這次任務還將攜帶兩顆超長波天文觀測微衛星組成編隊實現天文干涉測量實驗。他們可以利用月球背後幾乎不被地球干擾的特點，實現更加純粹的觀測。宇宙“黑暗”時期到底有什麼，由它們來揭秘，這也是人類首次採用這種方式觀測宇宙。
中繼衛星之外
兩顆衛星組成的“太空天文臺”
在發射“鵲橋”月球中繼星時還搭載發射了2顆由哈爾濱工業大學研製的龍江一號、二號月球軌道編隊飛行微衛星（其中一顆衛星上載有有沙特研製的月球小型光學成像探測儀）。
龍江一號、二號是世界上首次在月球軌道形成近距離編隊飛行系統，也是世界上首個星間干涉射電天文觀測系統，它們將在低於30MHz的超長波段進行空間天文觀測，進而打開人類認識宇宙的新視窗，探測來自宇宙深處的微弱信號，研究宇宙第一代恒星形成前的“黑暗時代”。
中國製造，
既是照亮月球背面的“天眼”，
又是連結地球月球的“鵲橋”，
預祝嫦娥四號任務一切順利！
到了神舟十一號，景海鵬和陳冬已經能看地面電視直播了。他們依賴的就是我國覆蓋全球的四顆信號中繼衛星
天鏈一號
“鵲橋”月球中繼衛星的工作原理
嫦娥四號信號中繼衛星帶有一個口徑4.2米的傘面天線
不同於大型的天鏈系列衛星，鵲橋使用的是我國空間技術研究院CAST100衛星平臺，這是一個微小衛星通用平臺，因而鵲橋也的確“身輕如鵲”，只有包含燃料也僅有幾百千克。
為了穩定在遙遠的深空同時保證對地月通訊的穩定，鵲橋必須定位在一個叫做地月拉格朗日二點的位置附近，選擇一條獨特的Halo軌道。在此前2014年的嫦娥五號T1測試飛行器已經驗證了相關軌道轉移和控制技術。
拉格朗日點又叫做平動點，對於兩個天體而言，它們的綜合引力影響在這些點（共計5個）達到平衡，那麼航天器處在這個位置附近的Halo軌道時將會相對兩個天體幾乎靜止。
拉格朗日二點就是引力平衡、在較小天體外側的點，在月球背後。因此，選擇這個點有三個重大優勢：
a. 隨著這兩個天體一同運動並與二者處在幾何關係幾乎不變的狀態；
b. 兩個天體引力平衡，衛星所需要的軌道維持燃料極少；
c. 沒有天體遮擋，一直暴露在日照之下，太陽能豐富。
因此，對於設計壽命5年的信號中繼星而言，它能夠輕易穩定在這個軌道數十年，足夠中國、乃至葉培建院士提出的也可以幫助其他國家類似月球背面任務使用。
在2018年底，嫦娥四號抵達月球背面時，這個鵲橋“天眼”將會執行任務的指令發送、信號中繼、資料下載等功能，成為連結地球與月球的“鵲橋”。
中繼星實現地月信號傳遞的鏈路
同時，這個中繼星還攜帶了鐳射反射器，驗證我國的超遠距離鐳射測距技術。2018年1月27日，我國剛實現了地月距離的鐳射測距，而中繼星將會把這個距離進一步增加約8萬千米（月球距離地球最遠狀態是40萬千米）。
由於執行發射任務的長征四號丙火箭發射鵲橋運力尚有剩餘，這次任務還將攜帶兩顆超長波天文觀測微衛星組成編隊實現天文干涉測量實驗。他們可以利用月球背後幾乎不被地球干擾的特點，實現更加純粹的觀測。宇宙“黑暗”時期到底有什麼，由它們來揭秘，這也是人類首次採用這種方式觀測宇宙。
中繼衛星之外
兩顆衛星組成的“太空天文臺”
在發射“鵲橋”月球中繼星時還搭載發射了2顆由哈爾濱工業大學研製的龍江一號、二號月球軌道編隊飛行微衛星（其中一顆衛星上載有有沙特研製的月球小型光學成像探測儀）。
龍江一號、二號是世界上首次在月球軌道形成近距離編隊飛行系統，也是世界上首個星間干涉射電天文觀測系統，它們將在低於30MHz的超長波段進行空間天文觀測，進而打開人類認識宇宙的新視窗，探測來自宇宙深處的微弱信號，研究宇宙第一代恒星形成前的“黑暗時代”。
中國製造，
既是照亮月球背面的“天眼”，
又是連結地球月球的“鵲橋”，
預祝嫦娥四號任務一切順利！