隨著嫦娥四號(hào)的發(fā)射，讀者對(duì)探月工程越來(lái)越感興趣。我們知道，嫦娥四號(hào)計(jì)劃中比以往都復(fù)雜，其中重要的原因就是軟著陸月球背面帶來(lái)的通信問(wèn)題。由于月面的阻擋，地球上的指令就不能直接控制到月球背面的探測(cè)器上，也無(wú)法接收到嫦娥四號(hào)探測(cè)器傳送的信息，所以必須先發(fā)射一顆信號(hào)中繼衛(wèi)星，也就是鵲橋號(hào)。

但是鵲橋號(hào)并不是圍繞月球旋轉(zhuǎn)，而是月球背面空間上的一個(gè)點(diǎn)

這個(gè)點(diǎn)可不是隨隨便便的，它可是大名鼎鼎的拉格朗日點(diǎn)。在以后的太空爭(zhēng)霸中，拉格朗日點(diǎn)極其重要！大家對(duì)這方面關(guān)注不多，希望這篇文章引起大家的重視。

在未來(lái)一個(gè)世紀(jì)的太空探索中，人類主要還是圍繞太陽(yáng)系展開(kāi)。 不管是航天器還是飛船，在地外空間至少會(huì)受到兩個(gè)天體的引力束縛。

比如鵲橋中繼衛(wèi)星，不僅受到地球引力，還受到月球引力，當(dāng)然也包括太陽(yáng)。

但是在地月系統(tǒng)中，太陽(yáng)對(duì)鵲橋號(hào)的引力干擾相對(duì)來(lái)說(shuō)小得多。我們通俗理解時(shí)，可以將其忽略。

我現(xiàn)在問(wèn)你一個(gè)問(wèn)題，鵲橋號(hào)不僅受到地球的引力，還受到月球的引力。在兩個(gè)力的共同作用下，如何才能讓鵲橋號(hào)保持相對(duì)靜止？

其實(shí)這是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的物理問(wèn)題。

數(shù)學(xué)家歐拉曾經(jīng)列出公式求解，算出來(lái)三個(gè)解。也就是說(shuō)：第三個(gè)物體處于這三個(gè)解的空間點(diǎn)上，會(huì)和兩個(gè)大天體保持相對(duì)靜止的狀態(tài)。后來(lái)法國(guó)數(shù)學(xué)家拉格朗日又找到了兩個(gè)解?，F(xiàn)在有五個(gè)解可以滿足第三個(gè)物體與兩個(gè)天體保持相對(duì)靜止的狀態(tài)，也就是空間上的五個(gè)點(diǎn)。圖中已經(jīng)列出L1～L5。

為什么非要把航天器發(fā)到這五個(gè)點(diǎn)上呢？難道不可以隨便發(fā)嗎？

當(dāng)然了，理論上鵲橋號(hào)中繼衛(wèi)星可以隨便繞月球的一個(gè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。但造成的結(jié)果就是：相對(duì)地月位置不穩(wěn)定，且又耗能。

如果中繼衛(wèi)星繞拉格朗日點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，基本就費(fèi)不了多少能耗，很省電的。這就意味著光伏板收集到的太陽(yáng)能就足以維系中繼衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)所需。

如果隨便繞一點(diǎn)，那么費(fèi)的能量可大了去了，弄不好還得給中繼衛(wèi)星裝個(gè)核動(dòng)力電池，這一來(lái)費(fèi)用就老高了。

以上還都不是關(guān)鍵點(diǎn)。最重要的是：繞拉格朗日點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的中繼衛(wèi)星可以與地球和月球保持相對(duì)靜止，這樣信號(hào)傳送就極其穩(wěn)定。探月器可以穩(wěn)定的把信息傳給中繼衛(wèi)星，中繼衛(wèi)星也可以穩(wěn)定的把信息傳到地球。

如果不是在拉格朗日點(diǎn)上，那信號(hào)就不穩(wěn)定，甚至斷斷續(xù)續(xù)，最糟糕的結(jié)果就是失聯(lián)。

地月拉格朗日點(diǎn)是五個(gè)，既然要探測(cè)月球背面，當(dāng)然選擇L2點(diǎn)最合適。因?yàn)橹挥蠰2點(diǎn)完全在月球背面。

你可能會(huì)質(zhì)疑：為什么要繞L2旋轉(zhuǎn)呢？靜止停在L2點(diǎn)上不行嗎？

肯定不行，中繼衛(wèi)星在慣性情況下要么勻速直線運(yùn)動(dòng)，要么靜止。如果你不啟動(dòng)引擎，要么鵲橋號(hào)就遠(yuǎn)離月球直線運(yùn)動(dòng)了，要么你就只能在一個(gè)時(shí)刻相對(duì)于月球固定一點(diǎn)靜止。但這根本不可能，因?yàn)轾o橋號(hào)還受到月球的引力施加的加速度，所以別想著關(guān)閉引擎。月球總是在運(yùn)動(dòng)，中繼衛(wèi)星必須每時(shí)每刻都得相對(duì)于月球某點(diǎn)靜止，那么鵲橋號(hào)就必須運(yùn)動(dòng)起來(lái)。反正在拉格朗日點(diǎn)附近運(yùn)動(dòng)也不怎么消耗能量。 （其實(shí)文中的相對(duì)靜止只是粗略地靜止，肯定有浮動(dòng)變化，但這浮動(dòng)相對(duì)于地月距離來(lái)說(shuō)就算不了什么）

該怎么運(yùn)動(dòng)呢？直線運(yùn)動(dòng)肯定不行！那就繞L2點(diǎn)旋轉(zhuǎn)唄。

但要注意：中繼衛(wèi)星繞L2旋轉(zhuǎn)可不是簡(jiǎn)單的圓周或者橢圓軌道，而是三維非規(guī)則曲線，因?yàn)檫@是根據(jù)地月的引力微變而做出的應(yīng)對(duì)性微調(diào)！

現(xiàn)在可以想象，如果我們要探測(cè)火星，探測(cè)太陽(yáng)。是不是也需要這樣的拉格朗日點(diǎn)呢？

在兩體系統(tǒng)只有五個(gè)拉格朗日點(diǎn)，在以后的太空爭(zhēng)霸中，誰(shuí)先占先得。即便一個(gè)拉格朗日點(diǎn)可以發(fā)射多個(gè)航天器，但數(shù)量也是極其有限的，畢竟繞一點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，也就只有那幾個(gè)軌道最省能耗。所以未來(lái)各國(guó)的太空計(jì)劃中，圍繞著拉格朗日點(diǎn)將是激烈的太空資源爭(zhēng)奪戰(zhàn)。

如果我們要探測(cè)太陽(yáng)，就需要找到地日系統(tǒng)最合適的拉格朗日點(diǎn)

而地日最合適的點(diǎn)就是圖中的L1，航天器在這個(gè)點(diǎn)上距離地球最近，也是地日直線上的一點(diǎn)。L3就在太陽(yáng)后面了，通信是個(gè)大問(wèn)題；L2點(diǎn)就忽略了，因?yàn)槟阋綔y(cè)太陽(yáng)，卻躲在地球背后，那還探測(cè)什么；L4和L5點(diǎn)距離地球和太陽(yáng)都太遠(yuǎn)了，就失去意義了。目前地日系統(tǒng)的L1點(diǎn)已經(jīng)被美國(guó)的SOHO日光層探測(cè)器占領(lǐng)。當(dāng)然，以后我國(guó)還是可以擠一擠的。

?? 中國(guó)曾經(jīng)也計(jì)劃發(fā)射太陽(yáng)探測(cè)器，也就是“夸父計(jì)劃”，本來(lái)都計(jì)劃好在2014年發(fā)射，但是該計(jì)劃目前被擱淺了。

不過(guò)還好，我國(guó)已經(jīng)率先搶占了地月系統(tǒng)的L2點(diǎn)了。