悉數嫦娥四號“奔月球背面”幾大挑戰

中新網上海12月8日電 (鄭瑩瑩)北京時間12月8日凌晨2時23分，中國在西昌衞星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射嫦娥四號探測器，開啓了中國月球探測的新旅程。

嫦娥四號探測器包括兩器一星，即月球軟着陸探測器(着陸器)、月面巡視探測器(巡視器)、“鵲橋”中繼衞星。中國航天科技集團有限公司八院承擔了嫦娥四號着陸器、巡視器五個半分系統的研製任務，包括巡視器移動分系統、結構與機構分系統、測控數傳分系統、電源分系統、綜合電子分系統移動/機構控制與驅動組件、着陸器一次電源分系統，研製人員逐一盤點挑戰。

着陸艾特肯盆地，應對多重困難挑戰

嫦娥四號首選着陸區為月球南極-艾特肯盆地。“與嫦娥三號的虹灣着陸區相比，虹灣的整體趨勢較為平坦，但艾特肯盆地的地形就比較崎嶇，撞擊坑大而且分佈密集，這就對探測器着陸區的選擇和着陸精度提出了很高的要求。”中國航天科技集團有限公司八院嫦娥四號副總指揮兼副總設計師張玉花介紹説。

她表示，“由於着陸區在月球背面，使得着陸器和巡視器無法同地球直接通信，必須用中繼星中繼的方式；同時在動力下降過程中，着陸器也不能對地直接通信，只能通過中繼星，這些都是此次任務的難點。”

此外，巡視器還要面對月球表面晝夜温差變化大、低重力環境以及細小微塵的污染等問題。據悉，在整個任務過程中，設計團隊為巡視器定義了感知、移動、探測、充電、安全、月晝轉月夜、休眠、月夜轉月晝多種工作模式，以應對不同工作環境、適應不同工作狀態的要求。

多器聯動，搭好星際溝通橋樑

嫦娥四號任務與嫦娥三號任務首要的不同，就是探測器降落落點由月球正面改為了月球背面，使得探測器與地球的直接通訊信號受到月球遮擋，必須通過“鵲橋”中繼星進行信號中轉。2018年5月，八院抓總研製的長征四號丙運載火箭成功將“鵲橋”中繼星送入地月轉移軌道，衞星隨後進入環繞地月L2點的使命軌道，為後續着陸器、巡視器與地面站之間的測控和數據傳輸提供中繼服務，而隨之帶來的是地球與巡視器間的通訊時延大大增長。

不同於嫦娥三號任務時科研人員可以在監控屏前即時觀察到巡視器對指令的執行狀況，此次從指令發出到行動圖像傳回至少有數分鐘的延遲，對於巡視器的移動和機構活動有較明顯的影響。為此，設計人員計算並設定了巡視器每項行動的最大耗時，連同每次行動指令一同發送，同時賦予巡視器一定的自主功能，以便有效應對可能的突發狀況。

據介紹，與嫦娥三號巡視器相比，嫦娥四號巡視器測控數傳分系統不僅要承擔與着陸器的數據通信的功能，還要與中繼星進行遙測和數據傳輸。“測控數傳分系統有5種工作模式，我們在設計中充分考慮了冗餘設計。”804所測控分系統主任設計師汪瑩介紹。

休眠喚醒，做可靠能量供給站

一個月夜相當於地球上14天。同時，月夜最低温度可達到零下180度。在沒有光照的漫長黑夜裏，對於依靠太陽能提供能量的嫦娥四號着陸器和巡視器來説，如何依靠自身存儲的能量安全度過月夜將是一個很大的挑戰。

面對這一難題，研製人員提出了休眠喚醒的概念。當太陽緩慢地升起時，着陸器和巡視器將開始忙碌的14天工作——着陸器在原地實施科學探測，巡視器則“東奔西走”開始探測。當月夜降臨時，巡視器會為自己找好棲身之所，收起桅杆，合上太陽翼，開始休眠。一直到太陽照射到月球車太陽翼的電池片上，喚醒“沉睡”的巡視器和着陸器，開啓又一次勘測。

“嫦娥四號採用了目前國內最先進的高效三結砷化鎵太陽電池，光電轉換效率從原先的28.6%提升到30.84%。”811所探月工程太陽電池電路負責人陳城介紹道。據悉，新的電池在光電轉換效率、輸出電壓、輸出電流、抗輻照能力、旁路二極管壓降及重量等技術指標上均優於原電池。

此外，為應對月球背面環境的挑戰，團隊在嫦娥三號的基礎上對巡視器移動能力進行了進一步加強，特別是在應對意外狀況方面，開展了多項系統試驗，對如石塊落入車輪內部、驅動機構頻繁啓停、以及巡視器極限移動能力等狀況均進行了逐一測試。(完)