三体航天考,合肥深空探测

6月14日11时06分，我国探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”中继星成功实施轨道捕获控制，进入环绕距月球约6.5万公里的地月拉格朗日L2点运行的使命轨道，成为世界首颗围绕该点运行的卫星。后续将在此轨道陆续开展在轨测试和中继通信链路联试，为年底择机发射的嫦娥四号月球探测器提供地月中继测控通信。

茫茫太空中，存在这么5个特殊点，其中L2点最有价值，全世界深空探测器都爱蹭这个热点

问题就来了，茫茫太空，卫星好好的，不绕大星星飞行，围绕着这么一个点转悠干嘛？

简单点来说，这是一个太空风水宝地，在这个点运行，燃料消耗最低，在这个位置部署卫星，是上上之选，成为全世界的探测器、天体望远镜定位和观测太阳系的最理想位置，是世界航天“兵家必争之地”。

这个点如何来的？看着和谁都不沾边。

其实这个点是，三体问题研究成果，三体问题号称世界级无解难题，我国著名科幻作家刘慈欣就以此为题写了一本叫三体的科幻效果，获得雨果奖。

什么叫三体问题？

简单点说就是太空中三个无敌的相互运动问题。

大刘的小说三体就是取材于三体问题研究

三体问题从何而来？从牛顿的二体问题而来。

简单点说就是，空间2个物体如何相互运动，“老牛”彻底解决了，最常见的运用就是计算太阳系地球月球的运行规律，确实分毫不差。

但是天文学家都知道，太阳系不止一个星球，假如是3个星球甚至更多，如何计算相互之间的运动规律？

科学家们经过百年的努力，最终得出一个沮丧的答案，无解，根本无解!或许只有上帝才能回答这个问题。

虽然如此，科学家们还是不肯放弃，虽然给不出一个万能钥匙，给个小钥匙专门在太阳系用的有没有？

说实话，还真有，这就是法国著名数学家拉格朗日的特殊解。

这就是拉格朗日点，也叫平动点，学名叫平面圆型限制性三体问题的5个特解。

这就是拉格朗日点的数学解一共5个点，其中第二个点L2最有价值

这些点特殊在哪里？

特殊在，一个小物体在两个大物体的引力作用下在空间中的一点，在该点处，小物体相对于两大物体基本保持静止。

这些点一种有5个，瑞士数学家欧拉于1767年推算三个，法国数学家拉格朗日于1772年推导出剩下两个。

发现了这些点，当时科学家都觉得真是无用功，知道又怎么样，彻底用不上，但是随着时间的推移，用不上的“垃圾”忽然变成了香馍馍，航天技术的发展，使得人类摆脱了强大的地球引力飞向太空，奔向茫茫宇宙，航天器轨道设计最大的要求是，省燃料！

拉格朗日点有5个，让我们分别看看这5个的特点。

拉格朗日点虽然有5个，但是常用的不多，L2点用处最多是稳定性最好，对于地球月亮卫星这三体来说，L2点最好，对于我国探月来说，卫星可以同时看到月球背面，也可以看到地球，使得效果超好，一年卫星燃料消耗才几公斤，超级省钱。

对于航天器来说，燃料就是生命，探月卫星绕着L2点飞行，可以极端延长寿命

以地球－太阳这个天体系统为例，L1（1号拉格朗日点）位于地球朝太阳方向将近100万英里处，不稳定。位于此处的天体很容易失去平衡，来自两边大天体的引力会不断拉扯此处。要想保持在此处，就需要火箭不断开反推反抗引力。

L2和L3则一个位于地球的远端，一个位于太阳的远端，它们最稳定，其中L2距离地球最近，L3距离地球最远。

除了日地连线上的三个点，在地球的公转平面上还有两个点，L4和L5点，它们各自与太阳和地球构成一个等边三角形，这两个点的特点是：太阳和地球的引力合力方向恰好指向日地系统的质心，合力大小又恰好满足公转所需的向心力。

这两个位置的稳定性也很好，即使小行星在扰动下稍微偏离，也不会离去而是在围绕该点运动。

从实用来说，我们常用L2，主要原因是稳定性好，而且距离我们地球最近，而别的L1点距离虽然近，但是不稳定，而L3，L4，L5点不常用的原因就是：和L2点相比距离我们的地球实在太远了，航天器要飞过去，燃料消耗吃不消。

“鹊桥”中继星，成为全世界第一个围绕拉格朗日点点运行的卫星，燃料最省

结果拉格朗日L2点由于位置比较合适，稳定性最好，航天器运行燃料消耗最小，变成了无与伦比的“风水宝地”。