想必昨天大家的朋友圈都已经被“鹊桥”刷了屏，但通过与广大“太空粉”的沟通中发现，这颗卫星的轨道还是让大家感到些许疑惑。不要着急，看完这篇文章，你会明白一切。
视频提供：刘常连
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1. 嫦娥一号飞的是“弯弯绕”
2007年10月24日，嫦娥一号卫星被长征三号运载火箭送入近地点高度200km，远地点高度51000km的轨道上，轨道周期为15.81小时。
它的整个飞行过程可分为三个轨道段：环绕地球飞行轨道段（又称调相轨道段）、地月转移轨道段、环绕月球飞行轨道段。
嫦娥一号发射时，卫星并非直接通过加速进入地月转移轨道段，而是要绕着地球进行三次轨道机动。第一次在远地点点火，将近地点高度抬高到600km，这时轨道周期变为16小时，在16小时周期轨道上运动三圈后，卫星再在近地点第二次点火变轨，将轨道周期变为24小时，在此轨道上运行一圈至三圈后，再次到达近地点，卫星进行第三次点火变轨，将轨道周期变为48小时。
嫦娥一号卫星飞行过程平面示意图
卫星绕着地球进行三次变轨，被称为调相轨道。卫星在调相轨道运行结束到达最后一个近地点时再作一次大的轨道机动，使卫星进入地月转移轨道。随后卫星将沿着这条转移轨道飞向月球，飞行114小时后到达近月点。为了使其变为绕月飞行的月球卫星，还需在近月点作三次减速机动，机动后的轨道周期相继是12小时、3.5小时和127分钟。
卫星的调相轨道三维图形
调相轨道的目的是为进入地月转移轨道做准备，方法有多种。最简单的就是在近地点后一次直接加速进入到地月转移轨道上。
为什么没有采用这种简单的方法呢？
原因之一是为了节省燃料。如果嫦娥一号直接飞往地月转移轨道需要更多的燃料以获取更大的推动力。
原因之二是将几次近地点机动安排在同一地区方便变轨的实施，有利于地面监测。
原因之三是由于调相轨道中有24小时的轨道可以方便不同日期发射卫星。
地球和月球有相对运动，而且地球本身有自转。如果想要直接飞上月球而不变轨，就必须得计算出一个发射角度和发射时间。由于受到气流等因素的影响，我们的火箭不容易完全按指定的时间一秒不差发射，在地球上也许只是偏差一点，但相隔几十万公里之后，这个偏差就不是一点了。
同时，地月转移轨道为114小时飞行时间也是有原因的。
地月转移轨道飞行时间一般为3天到5天，飞行时间越短所需要的能量越大，卫星在近地点时飞行速度就要求越大，当到达月球预定轨道的近月点时制动力量就越大，换句话说相当于汽车在刹车时要求的力越大，风险也越大。
为了卫星安全的进入绕月轨道，选用了最小能量的轨道，其飞行时间为5天（120小时），为避免卫星到达近月点时的轨道被月球遮挡，便于我国观测站对轨道机动的观测和控制，将飞行时间缩短6小时，因此地月转移轨道最终的飞行时间为114小时。
2. 有了一号的积累，“后辈”们在轨道设计上有所改进。
当年嫦娥二号卫星飞行平面示意图
一方面开辟了新地月之间的“直航航线”，也就是说，从嫦娥二号开始，我们直接将卫星发射至地月转移轨道上，待几次中途修正和近月制动后，就进入绕月轨道。嫦娥一号从发射到进入环月轨道用时约13天14小时19分，而嫦娥二号的地月飞行时间缩短至112小时。
另一方面绕月轨道比嫦娥一号距月表更低，从200km降低到100km的极轨轨道，在100千米高度用高分辨率CCD相机，拍摄了国际上分辨率最高的7米分辨率全月图，并成功进行嫦娥三号的降落100kmx15km轨道尝试，变轨到100km×15km轨道，在18.7千米高度拍摄了1.3分辨率米的虹湾局部影像图，为嫦娥三号的成功着陆打下坚实基础。
在这个过程中，突破了两个难题：在推力方面，“直航航线”对运载火箭的入轨精度和入轨速度都有更高的要求，较护送嫦娥一号的长征三号甲火箭增加了两个助推器；监控方面，增加了X波段，远距离监控通信效果更好。
此后的嫦娥三号以及本次“鹊桥号”的地月转移轨道基本与嫦娥二号相似。
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▋作者：中国科学院光电技术研究所 余 菲
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