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月背首位地球旅客嫦娥四号探测器

2018-12-10 11:23 来源综合新京报

月背首位地球旅客：嫦娥四号探测器

　　月背首位地球旅客：2018年12月8日2时23分，嫦娥四号探测器由长征三号乙运载火箭成功发射，将于2019年1月软着陆月球背面，这是人类首次发射探测器登陆月球背面。

　　火箭将嫦娥四号送入地月转移轨道后，探测器将经过数十天在轨飞行、轨道修正、近月制动、环月飞行等，预计明年1月初着陆月面，择机释放巡视器。

　　嫦娥四号的目的地是月球背面南极-艾特肯盆地，新月球车将与“玉兔”号在月球两面遥遥相对。这将是人类探测器首次在月球背面着陆，在人类从未直接看见的“月之暗面”实施月球探测和天文观测。

　　据国防科工局、国家航天局介绍，嫦娥四号任务的工程目标包括两方面：研制发射月球中继通信卫星，实现国际首次地月拉格朗日L2点的测控及中继通信；研制发射月球着陆器和巡视器，实现国际首次月球背面软着陆和巡视探测。

　　嫦娥四号的科学任务，一是开展月球背面低频射电天文观测与研究，二是进行月球背面巡视区形貌、矿物组分及月表浅层结构探测与研究，三是试验性开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究。

　　航天专家庞之浩介绍，在月球背面着陆探测，对研究月球和地球的早期历史也具有重要价值。

　　嫦娥四号还承担了国际合作项目。嫦娥四号任务中，我国与荷兰、德国、瑞典、沙特开展了4项科学载荷方面的国际合作，搭载了3项由哈尔滨工业大学、中山大学、重庆大学等国内高校研制的科学技术试验项目。

　　焦点1

　　嫦娥四号如何着陆？

　　5年前，嫦娥三号着陆在月球正面的虹湾。那里布满月海玄武岩，地势较为开阔、平坦，位于大型撞击坑、月海、高地(山脉)交汇地区，有利于科学勘察目标的选择。

　　而嫦娥四号的主着陆区为月球背面南极-艾特肯盆地，着陆区面积比虹湾地区小了许多。而且月球背面山峰林立，遍布撞击坑，很难找出更大、更平坦的地方，嫦娥三号着陆区地形起伏仅800米，而嫦娥四号着陆区起伏达到了6000米。因此，嫦娥四号着陆器，需要具有比嫦娥三号更准确的着陆精度。

　　由于落月过程地球方向不直接可见，所有信息传输都需要在中继星“鹊桥”的中转下完成。整个落月过程由GNC（制导、导航与控制）系统自主操控，加之回传画面的延迟，对地面人员来说，这个过程近乎是“盲降”。

　　焦点2

　　为何要去月球背面？

　　航天科技集团五院专家介绍，月球背面的探测，可以推动月基科学研究的不断深入。

　　月球背面没有来自地球的无线电波的干扰，是进行射电天文观测的最佳场所，如果能利用这一自然地形架设无线电望远镜，就好比把“天文台”搬到了月球背面。嫦娥四号着陆器在月球背面软着陆后，将开展月基低频射电天文观测研究，预期可以获得一批原创性的科学成果。

　　月球背面探测，也有助于推动月球资源的研究和开发利用。月球蕴藏着丰富的矿产和能源资源，开发和利用月球资源是人类探测月球的原动力之一。近年来，美国等国家相继制定了包括月球背面资源调查研究计划。通过嫦娥四号对着陆区地形地貌、矿物组分、巡视区浅层结构、地幔物质等进行科学探测与研究，将为月球资源的开发利用提供极有价值的第一手资料。

　　由于月球背面探测的难度，嫦娥四号任务也将助推我国航天和相关学科技术的突破。

　　据嫦娥四号研制人员介绍，要完成前无古人的月球背面之旅，嫦娥四号面临几大技术难点：地月拉格朗日L2平动点轨道精确设计与控制，地月拉格朗日L2点远距离数据中继，复杂地形环境下的安全着陆等。

　　为了突破这些技术难点，我国航天界将实现三个国际首次，即首次月球背面软着陆和巡视探测、首次月球拉格朗日L2点中继与探测、首次月基低频射电天文观测，以及国内首次实测月夜期间浅层月壤温度。这一重大科学创新工程的实施，将推动航天技术和其他科学领域相关技术的持续发展。

　　焦点3

　　新月球车与“玉兔”有何不同？

　　今年8月15日，嫦娥四号月球车外观在北京首次亮相，与“玉兔”恰似孪生姐妹。嫦娥四号月球车总重量约140公斤，是全球迄今重量最小的月球车。

　　探月工程副总指挥、国家国防科工局探月与航天工程中心主任刘继忠介绍，嫦娥四号月球车基本继承了“玉兔”的状态，但针对月球背面复杂的地形条件、中继通信新的需求和科学目标实际需要，做了适应性更改和有效载荷配置调整。

　　工作在月球表面，月球车将面临多种极端条件的考验。

　　2013年12月15日，嫦娥三号着陆器与巡视器分离，“玉兔”抵达月球表面。据中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁介绍，月球环境曾对“玉兔”造成影响，例如月夜极低气温导致“玉兔”裸露在外的电缆发生故障。

　　基于“玉兔号”的任务经验，嫦娥四号针对其遇到的问题进行了针对性改进。吴伟仁说，嫦娥四号的月球车仅在电缆钩挂、摩擦方面就做了上千次试验，同时也尽量减少电缆裸露在外的面积，减少电缆的故障风险。

　　吴伟仁透露，嫦娥三号着陆器和月球车设计寿命分别为1年和3个月，但最终月球车工作了2年9个月，着陆器目前仍在运行，工作5年状态依然很好。嫦娥四号月球车设计寿命也是3个月，但预计工作时间将比“玉兔号”更长。

　　焦点4

　　“鹊桥”“嫦四”有何关联？

　　今年5月21日，“鹊桥”中继卫星发射升空，也被称为嫦娥四号任务的先声。

　　嫦娥四号探测器包括着陆器和巡视器(即月球车，此前探月工程办公室曾面向全社会为月球车征名，目前名称尚未发布），但嫦娥四号系统里还有一个“信使”——“鹊桥”中继卫星。

　　由于嫦娥四号降落在月球背面，始终与地球“背对背”，无法直接与地球通信。为解决通信问题，科学家找到一个能同时“看到”地球和月球的位置——地月拉格朗日L2点（位于地月球心连线上靠近月球的一侧，距月球约6.5万公里），并在这里部署一颗通信卫星。

　　“鹊桥”已经于今年5月21日发射升空，目前运行在地月拉格朗日L2点Halo轨道上，是人类历史上第一颗地球轨道外专用中继通信卫星。任务中，地球地面和嫦娥四号都先发射信号给“鹊桥号”，再由其转发给另一方。

　　■ 揭秘

　　“月之暗面”：更白更厚更崎岖

　　　　过去60年，人类共发射了132个左右的月球探测器，包括65个月球着陆器，但仅有不载人的环绕月球轨道器和载人的阿波罗号飞船“看”到过月球背面。主要是由于从地球向月球背面发射通讯信号，会受到月球整体阻挡，地面通信和测控的难题，阻挡了月球背面着陆计划。

　　月球总是一面朝向地球

　　由于月球自转周期和公转周期相等，加上被地球潮汐锁定，地球强大的引力让月球总是一面朝向地球。

　　美国航空航天学会会员、“小火箭”联合会创始人邢强博士告诉记者，约41%月面无法被地球直接观测到。因为当飞行器飞到月球背面，就难以和地球建立通信，这也是长期以来，人类探测器从未在月球背面着陆的主要原因。

　　可以说，月球背面对于人类来说，是“秘境中的秘境”。

　　随着由中国航天科技集团五院研制的嫦娥四号从西昌出发，人类首次月球背面软着陆巡视探测的大幕正式拉开。嫦娥四号将第一次触及月球背面，这也是中国探测器目前到达的最远的土地。

　　并非完全看不到月背

　　据五院科研人员介绍，月球存在着“天秤动”，像钟摆一样来回摆动，因此，至少有10%至20%的月球背面的边缘地带可以从地球上看到，比如一个跨越1000千米的撞击盆地——东海。

　　1959年10月7日，苏联“月球三号”探测器传回月球背面的第一张照片后，月球背面的“真容”就第一次被揭开了。依照这些珍贵的照片资料，苏联在1960年11月6出版了第一份月球背面地图，一年之后，又制作了第一个月球仪，更加清晰地呈现出月球背面的初步特征。

　　1965年7月20日，苏联“探测器三号”传送回了25张画质更好的月球背面照片，可以看到月球背面有一条长数百千米的链状陨石坑。1967年，苏联根据这批照片出版了包含4000个新发现的月球背面地形目录的地图，同年发布了第一份比例为1:5000000完整的月面图和修订后完整的比例为1:10000000月球仪，月球95%的表面都在上面呈现了出来。

　　人类首次与月背面对面

　　人类首次与月背面对面是在1968年，美国“阿波罗八号”在进行载人登月任务试验的时候，宇航员威廉·安德斯首次看到月球背面。他描述说：“月球背面看起来像我在孩提时玩过一段时间的沙堆，它们全都被翻起来，没有边界，到处是一些碰撞痕和坑洞”。

　　从那时开始直到“阿波罗十七号”，宇航员都曾看到过月球的背面。

　　2010年12月21日，美国国家航空航天局（NASA）的“月球勘测轨道器”拍摄了一组高清月球背面照片，解析度是以往所拍月球背面照片的106倍，所呈现的细节精细程度也创下了历史纪录。根据这些最新照片数据，美国宇航局绘制了月球背面数字海拔地形图，直观地揭示了月球背面的地形。

　　如今，人类观察月背的视角将从太空中变为身临其境。嫦娥四号将首次实现月球背面软着陆和巡视勘察，迎接它的将是怎样的环境呢？

　　布满巨坑的崎岖陆地

　　据航天科技集团五院专家介绍，乍一看上去，月球背面“面孔”并不漂亮，像是一张“麻子脸”，陨石坑的数量比月球正面要多很多。

　　月背的“皱纹”也很多，布满沟壑、峡谷和悬崖，而月球正面则更平坦。月背还有几处巨大的暗斑，暗斑中的物质与月面普通物质相比有很大不同，这种现象似乎能够说明，月球背面由于毫无遮拦地暴露在太空里，因而遭遇了大量天体直接撞击。经年累月，月球就像一个盾牌，为地球挡住陨石，守护着地球的安全。

　　月球背面月壳整体比正面更厚，究竟是什么原因导致月壳厚度不一样，众说纷纭。照片显示，月球背面巨大的陨石坑都呈现出白色，好像从来没有暗色的熔岩从上面流过。科学家们研究认为，由于月球背面的月壳很厚，熔岩无法溢出，而正面月壳很薄，熔岩很容易破缝流淌在表面，所以颜色比正面要白得多。

　　此外，月球正面月海很多，而月球背面却只有3个，分别叫东海、莫斯科海和智海。月球正面有许多巨大绵延起伏的山峦，而背面却不像正面那么多。

　　关键一步已经迈出

　　我们只能看到月球的一边，但这并不是说另外一面永远是黑暗的。事实上，当我们看到整个月球正面的时候，即满月时，它的另一面是黑暗的；而月初月末时，月球背面则是阳光普照。