科普｜奔月的嫦娥“四姑娘”有何獨特之處_風聞

來源：中國軍網

2018年12月8日，我國嫦娥四號月球探測器在西昌衞星發射中心發射，踏上茫茫奔月之路。

“嫦娥奔月”是中華民族流傳千年的神話。按照“繞、落、回”三步走戰略目標，我國探月工程逐步展開，神話故事正逐步演變為現實的航天探索。

自2007年以來，我國已先後發射嫦娥一號、嫦娥二號衞星和嫦娥三號探測器，實現了航天器繞月飛行、月面軟着陸等目標。

此次奔月的嫦娥“四姑娘”又有什麼獨特之處？讓我們為您揭開她的神秘面紗。

嫦娥四號是誰——

雖是備份，但與嫦娥三號並不雷同

嚴格來講，嫦娥四號最初只是嫦娥三號的“替補”。

2013年，嫦娥三號成功實現在月球表面軟着陸，任務取得了圓滿成功。那麼，還沒登場的“替補隊員”怎麼辦呢？科學家們論證研究之後，賦予了它一項新的任務——實現世界首次在月球背面軟着陸。

與嫦娥三號在月球正面的虹灣地區軟着陸相比，在月球背面着陸面臨不少新的挑戰，肩負新使命的嫦娥四號相比嫦娥三號，也因此迎來了不少升級改造。

首先，針對嫦娥三號在執行任務中暴露的一些問題，科學家們自然要為嫦娥四號及時打好“補丁”。2014年，嫦娥三號“玉兔”月球車在進入第二個月夜之前出現了故障。為此，嫦娥四號月球車就專門進行了多處改進。

特別是月球車的電纜鈎掛系統，在月球上温差達300攝氏度的情況下，裸露在外的電纜極易出現故障，嫦娥四號月球車進行了電纜最小化裸露改進，提升了月球車整體可靠性。改造後的嫦娥四號月球車總重量只有140千克，是目前世界上重量最小的月球車。

其次，針對月球背面軟着陸的任務特殊性，嫦娥四號也有很多的改變——

比如，與月球正面較為平坦的地勢相比，月球背面地形更復雜、隕石坑更多、地勢更陡峭。落月時，嫦娥四號需要更加敏捷的“身形”，科研人員就對它下降過程中的控制策略進行了調整。

嫦娥四號着陸導航敏感器的性能也有進一步提升。通過增加着陸導航敏感器的作用距離，嫦娥四號可以看得更遠、飛得更穩、落得更準。

此外，為提高此次嫦娥奔月任務的安全性、可靠性。科研人員們還提升了着陸器和巡視器的“自主能力”，給予嫦娥四號一顆更聰明的“大腦”。

嫦娥四號的“自主能力”體現在落月後系統工作狀態自主建立、月球車喚醒之後狀態自主設置等方面。探測器本身“自主能力”提高後，短時間的通信中斷不會對任務產生影響。

嫦娥四號要去哪兒——

首落月背，一路考驗前所未有

對於人類航天探測來説，月球背面至今仍是一塊“處女地”。

古往今來，人們在地球上永遠只能看到月球的正面。未知的月球背面引起了人們的無窮想象。有人説月球背面是外星人的基地，有人説月球背面有金字塔、有巨石陣……

月球背面到底有什麼？

月球背面有與正面截然迥異的地形地貌。從成分上看，月球正面的月海玄武岩覆蓋面積約佔正面的60%，而背面幾乎都是高地斜長巖；從形貌構造上看，背面撞擊坑的密度明顯大於正面；從年齡上看，背面更古老。

月球背面分佈着整個太陽系固體天體中最大最深的盆地——艾特肯盆地。這個盆地正是此次嫦娥四號的目的地。盆地直徑約2500公里，深約12公里，其90%的面積都分佈在月球背面，只有一小部分在月球正面。探索艾特肯盆地，有助於解開月球演變之謎，是各國科學家早已有之的設想。

由於月球正面的遮擋，月球背面還有各國天文學家夢寐以求的乾淨電磁環境。在這裏開展低頻射電天文觀測，可以填補射電天文領域在低頻觀測段的空白。

歐空局很多年前就專門策劃了一個項目，就是在月球背面開展低頻射電探測，最後由於種種原因未能實現，嫦娥四號攜帶的低頻射電探測儀，有望實現這一目標。

然而，要實現航天器在月球背面軟着陸，並不容易。

在過去的半個多世紀裏，人類發射了100多個月球探測器，其中有65個月球着陸器，至今沒有任何一個月球探測器能夠實現在月球背面着陸。

地月之間通信是探索月球背面的首要難題。由於月球整體的遮擋，月球背面與地面無法建立直接、實時的通信。對於航天測控來説，這裏是測控的禁區。

我國科研工作者們為破解這一難題給出了獨特的中國方案。

今年5月21日，我國在西昌衞星發射中心發射了“鵲橋”中繼衞星。“鵲橋”工作在距月球約6.5萬公里的地月拉格朗日L2點的使命軌道上，在這個安靜了幾十億年的地方接通“WiFi路由器”，在地面和月球背面之間架起了信息“天橋”。

不過，使用中繼衞星解決地月通信問題的同時，也有新的問題需要解決。

在嫦娥四號探測器着陸過程中，地面之間要通過“鵲橋”同時實施對着陸器、巡視器以及“鵲橋”本身的測控與通信。北京飛控中心總調度劉冰將其形容為“一條道路上同時跑三輛車”，如何在每輛“車”最需要的時候把“道路資源”合理調配給它，需要非常精準的管理。

更大的風險在於着陸區的地形。由於月球背面撞擊坑較多，地形崎嶇，嫦娥四號的着陸區域大小隻相當於嫦娥三號的二十分之一。

這次着陸的難度和風險都是前所未有的。這將是一次定時定點的着陸，着陸點是否有山脈遮擋陽光、阻礙通信，着陸的時機選取是否恰當……很多因素都可能影響嫦娥四號落月成敗。

嫦娥四號要幹啥——

開放合作，開展多項科學探索

冒着重重風險，奔赴月球背面，嫦娥四號自然要有一番大的科學探索作為，才不負這一路上歷經的艱難險阻。

據瞭解，此次探月，結合着陸區域和科學目標的特點,嫦娥四號將把9台科學載荷帶到月球背面深約12公里的艾特肯盆地。這些載荷中很多都是開放合作的結果。

值得一提的是，在廣泛向社會開展科普徵集的基礎上，嫦娥四號搭載了一項由重慶大學牽頭研製的科普載荷——“月面微型生態圈”。

這是一個由特殊鋁合金材料製成的圓柱形“罐子”，總重量不到3公斤。小“罐子”裏將放置馬鈴薯種子、擬南芥種子、果蠅、土壤、水、空氣以及照相機和信息傳輸系統等科研設備。

科學家將在這個小空間裏創造動植物生長環境，實現生態循環，並向大眾直播。

除了在國內開放合作，嫦娥四號任務也開展了探月工程實施以來的首次國際合作。3台“中外混血”的科學載荷將一同踏入月球背面，展開科學探索。

這3台國際合作科學載荷按照技術指標先進性、科學目標創新性等原則，面向全球徵集產生，集中體現了各國在相關領域的技術優勢——

荷蘭研製的低頻射電探測儀，可以聆聽低頻的宇宙之聲，探尋宇宙大爆炸後幾億年時間裏的蛛絲馬跡。

德國研製的月表中子與輻射劑量探測儀，可測量能量中性粒子輻射和着陸器附近月壤中的相關物質含量，有助於估算月球上的氦-3、水等資源儲量。

瑞典研製的中性原子探測儀，可以用於測量太陽風粒子在月表的作用情況。

回顧中國探月工程發展，開放合作的理念其實一直貫穿“嫦娥奔月”之路——

探月之初，嫦娥一號獲得的全月球影像圖、嫦娥二號獲取的7米分辨率全月球影像圖數據，都面向國際開放，供全球的科學家使用；

2015年4月，嫦娥三號的科學數據通過探月工程地面應用系統數據發佈系統正式對外發布。全球範圍內的用户和社會公眾可以登錄網站下載嫦娥三號科學數據。

此次嫦娥四號任務，中國探月搭建起了國際合作的新平台，中國探月也必將為人類探索深空做出更大貢獻。

嫦娥奔月 一路平安

■解放軍報記者 段江山 韓阜業

文昌——

天涯海角牽“嫦娥”

12月8日凌晨，長征三號乙運載火箭搭載着嫦娥四號月球探測器在西昌衞星發射中心騰空而起。

“銅鼓嶺跟蹤正常，遙測信號正常！”

火箭起飛數分鐘後，一聲清脆的口令從海南文昌航天發射場指控中心的機房傳來。身處天涯海角的航天測控人從西昌衞星發射中心手中接過了“接力棒”。

作為文昌航天發射場內唯一參加嫦娥四號任務的測控單位，該中心今年以來累計完成300餘個課目演練，全力以赴保障嫦娥四號任務圓滿成功。

遠望號船隊——

傳遞測控“接力棒”

此次嫦娥四號海上測控任務，由分處不同海域、相隔1100多海里的遠望3號船和遠望7號船接力完成。

火箭升空10多分鐘後，目標如期進入遠望3號船測控“視線”。作為陸海接力測控的“第一站”，遠望3號船及時發現目標，順利完成相關測控任務。

4分鐘後，守候在另一測控海域的遠望7號船接過海上測控“接力棒”，第一時間精準捕獲目標，成功發送測控指令，精準地完成了入軌段火箭測量和着陸器測控任務。

佳木斯——

林海深處架“鵲橋”

經過9個多小時的飛行後，嫦娥四號探測器進入佳木斯深空站測控範圍。

11時36分，“嫦娥”如約而至，鎖定指示燈亮起。

“‘林海’發現目標，‘林海’雙捕成功！”

代號為“林海”的佳木斯深空站有國內天線口徑最大、接收靈敏度最高的深空測控天線。作為此次探月任務的主力站，佳木斯深空站承擔着地月轉移段、環月段、動力下降段以及月面工作段的測控任務。未來一個月的時間裏，他們還要繼續負責衞星的軌道修正、近月制動等關鍵指令的上注，並通過中繼星“鵲橋”控制探測器在月背軟着陸。