嫦娥四號成功啦！_風聞

原創：牧夫天文

整合：陳豔玲

校對：陸寅楓 田程偲 汪榮鑫  

編排：胡暖暖

2019年1月3日10時26分，嫦娥四號探測器自主着陸在月球背面東經177.6度、南緯45.5度附近的預選着陸區南極-艾特肯盆地內的馮·卡門撞擊坑內，並通過“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖，實現人類探測器首次在月球背面軟着陸並首次實現地月L2點中繼星對地對月的測控、數傳中繼。舉國歡慶之際，小編盤點了有關嫦娥四號的七個話題，幫助大家更好地瞭解嫦娥四號。

01

嫦娥四號要完成什麼任務？

科學任務：

1.對月球背面地形、礦物組份及月表淺層結構進行研究。

2.在月球背面進行低頻射電探測。

月球具有足夠大的尺寸，能夠有效地遮擋來自地球的低頻電磁波干擾，因此月球背面是進行低頻射電天文觀測的最佳場所。嫦娥四號搭載了低頻射電探測儀，射電低頻波段的選擇是世界首次。

3.試驗性開展月球背面中子輻射劑量、中性原子等月球環境探測研究。

利用瑞典研製的中性原子探測儀，測量太陽風粒子在月表的作用。利用德國研製的月表中子與輻射劑量探測儀探測月表淺層的礦物結構。

工程目標：

1.研製發射月球中繼通信衞星，實現國際首次地月拉格朗日L2點的測控及中繼通信。

2. 研製月球着陸器和巡視器，實現月球背面首次軟着陸。

02

嫦娥四號攜帶了哪些有效載荷？

嫦娥四號由着陸器和巡視器組成。她攜帶有8台有效載荷包括：着陸器攜帶地形地貌相機、降落相機、低頻射電頻譜儀等四台有效載荷和一台生物科普載荷。巡視器上共攜帶全景相機、紅外成像光譜儀、測月雷達等4台有效載荷。其中包括荷蘭低頻射電探測儀、德國月表中子與輻射劑量探測儀、瑞典中性原子探測儀和沙特月球小型光學成像探測儀4台國際合作科學載荷。

嫦娥四號外觀構型

圖源：新華社

03

嫦娥四號的時間線

2018年12月8日

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。

2018年12月12日

16時45分

實施近月制動，順利完成“太空剎車”，被月球捕獲，進入了近月點約100公里的環月軌道。

2018年12月30日

8時55分

嫦娥四號在環月軌道成功實施變軌控制，順利進入預定的月球背面着陸準備軌道。

2019年1月3日

10時26分

嫦娥四號探測器自主着陸在月球背面南極-艾特肯盆地內的馮卡門撞擊坑內，實現人類探測器首次在月球背面軟着陸。

嫦娥四號拍攝的首批月背影像圖

圖源：新華社

04

嫦娥四號是如何着陸的？

由於月背降落地形複雜，因此和嫦娥三號不同，嫦娥四號採取了先懸停，選取合適着陸點，再垂直着陸的方法。

從接近段開始，嫦娥4號上的光學成像儀介入，獲取着陸區光學圖像，由於嫦娥四號降落點選擇在月球南極-艾特肯盆地，因此太陽光照是一個控制條件，根據這個條件我們也可以推測出嫦娥四號的落月時間。只有降落點光照條件良好，着陸區光學圖像才能更清晰，着陸器因此也能夠更好地識別月面大型障礙物。

在懸停段時，嫦娥四號着陸器高度大約距離月面100米左右，通過激光三維成像儀建立着陸區三維高程數據，此時的橫向、縱向速度都為零，姿態正上，縮小着陸區範圍。

接着，精細避障飛行開始，嫦娥四號着陸器高度開始進一步下降，從距離月面100米降低到30米左右，水平速度零，垂直速度值控制在每秒1.5米。從距離月面30米高度下降到月面，在關機傳感器發出信號時，着陸器垂直速度應低於每秒3.8米，水平速度低於每秒1米，月面傾角小於8度，基本上可確保安全着陸。

月面着陸過程

圖源：中國航天科工集團

05

為什麼在月面軟着陸這麼難

嫦娥四號的月面着陸主要面對3個難關：

1.南極-艾特肯盆地地勢崎嶇且隕石坑眾多，對着陸精度要求高。

2.需要掌握着陸時機，由於降落點光照條件越好拍攝的光學圖像就越清晰，因此要在月背白天時且着陸軌跡終點在預定着陸區時再開始着陸。

3.通過“鵲橋”中繼星進行通訊，通訊時延大大增加。因此採用了為指令設定時標的做法，地球提前向嫦娥四號注入指令，到預定時刻時觸發時標嫦娥四號再執行指令。

月面着陸過程動畫演示

圖源：中國航天科工集團

嫦娥四號通過“鵲橋”中繼星實現星地上下行通訊

圖源：中國航天科工集團

06

為何選擇馮·卡門隕石坑附近着陸

首先，選擇月球背面的原因是由於人類從未探索過月球背面，月球背面有更多的隕石坑，而這種複雜地形的形成機制還不明晰。嫦娥四號作為人類首個在月背登陸的探測器，可以獲得月背地形結構的第一手資料，是人類探索月球至關重要的一步。

嫦娥四號選擇南極-艾特肯盆地的馮·卡門隕石坑作為最終着陸地。首先，南極-艾特肯盆地具有豐富的科學價值，巨大而古老，也許其表面會含有月球的上層地幔物質，可揭示月球的歷史和演化。其次，馮·卡門隕石坑在南極-艾特肯盆地中地勢稍顯平坦，幾乎沒有妨礙着陸的障礙或斜坡，且隕石坑周圍有很多新近的撞擊坑，撞擊可能會釋放拋出物，很有科學價值。

月球軌道勘察相機拍攝的馮·卡門隕石坑圖像

圖源：NASA

07

未來展望

“嫦娥四號”屬於“繞”、“落”、“回”中的“落”環節。接下來中國將發射嫦娥五、六號實現月面採樣返回。

祝祖國航天事業越來越好！

『天文時刻』 牧夫出品

微信號：astronomycn

嫦娥四號月球背面着陸示意圖

圖源：北京航天飛行控制中心