《自然》發佈中國科研團隊成果：嫦娥四號探測器完整着陸軌跡和精確着陸位置公佈_風聞

來源：微信公眾號“中國探月工程”

中國嫦娥四號科研團隊於本週在《自然-通訊》發表一篇題為《Descent trajectory reconstruction and landing site positioning of Chang’E-4 on the lunar farside》論文，精確定位了“嫦娥四號”的着陸位置，並對“嫦娥四號”的落月過程進行了重構。

今年1月，嫦娥四號探測器成功登陸月球背面，開啓人類歷史上的首次月背之旅。嫦娥四號着陸過程中經歷了一段驚險的避障飛行，多次調整姿態和軌跡，才確定最終着陸點。

依據嫦娥四號回傳的影像等資料，科學家重構了嫦娥四號的着陸過程，並精確定位了嫦娥四號的着陸位置。

嫦娥四號精確着陸位置首次公開

2019年1月3日，經過20多天的地月轉移、近月制動、環月飛行，嫦娥四號探測器最終在月球背面的馮·卡門撞擊坑內成功實現軟着陸。整個着陸過程沒有來自地球的無線測控和遙測數據，全部依靠自主控制。這使得嫦娥四號的着陸軌跡很難確定。但可以通過基於着陸圖像的定位技術得到解決。

降落相機在嫦娥四號降落期間開機，為不同時段、不同高度的降落區域拍攝了多張高頻序列圖像，完整記錄了嫦娥四號的着陸過程。

在嫦娥四號成功着陸後，這些圖像通過鵲橋號中繼衞星傳回地球。依據其中的180張圖像、玉兔二號導航相機拍攝的圖像及此前嫦娥二號數字高程模型和正射影像圖積累的地形數據，研究團隊精確定位了嫦娥四號的着陸位置：月球東經177.5991°，南緯45.4446°，高程為負5935米。

研究人員定位的嫦娥四號着陸位置

這些圖像數據的成像方式不同，分辨率也有所差異。研究團隊解決了不同圖像的聯合處理問題，得以實現着陸位置的精確定位。

基於着陸圖像重構嫦娥四號着陸軌跡

嫦娥四號整個動力下降階段具體包括主制動段、姿態調整段、垂直下降段、懸停和避險段、緩慢下降段五個階段。着陸精度要求很高，一旦失誤就將“失之毫厘謬以千里”。嫦娥四號的7500牛變推力發動機為動力下降階段的有效減速提供了關鍵支撐。

基於姿態調整階段後的垂直姿態序列圖像，研究團隊利用攝影測量光束平差技術，重構了嫦娥四號的着陸軌跡。

嫦娥四號的着陸軌跡

重構軌跡顯示，嫦娥四號到達距離月面5635米的高度時，以85米/秒的速度垂直下降，逐漸接近着陸區。向4130米的高度降落時，嫦娥四號向北移動77米，穿過了一個直徑約為200米的撞擊坑。到達4130米的高度後，它減速至51米/秒，並繼續調整軌跡。

下降到1495米的高度時，嫦娥四號的軌跡開始向西北方向調整。西北面有一些直徑約為70-100米的小撞擊坑，整體地勢比較平坦。期間，嫦娥四號向西北方向移動了44米，下降到距離月面99米的高度。

此時，嫦娥四號進入懸停和避險狀態。為了越過障礙，大約13秒後，嫦娥四號向西南方向移動了12米，穿過直徑為25米的撞擊坑。距離月面30米時，嫦娥四號緩慢垂直下降，最終安全着陸。整個降落過程持續了大約12分鐘。

嫦娥四號着陸過程在降落相機上的投影

最終着陸點被五個撞擊坑所包圍

2013年，中國首個無人月球探測器嫦娥三號成功登陸月球。與嫦娥三號形成明顯區別的是，嫦娥四號的着陸過程要曲折得多。

嫦娥三號的着陸點位於月球正面的雨海盆地北部，最低點飛行軌跡約長450公里。這一路的地形相對平緩，最大高程變化約為800米。

嫦娥四號最低點飛行軌跡同樣約長450公里，但是着陸區域在月球最大、最古老的的環形山南極-艾特肯盆地內，地形起伏相當劇烈。它先後飛過了高地中的凹坑、凹坑中的高地，期間的最大高程變化約為6000米。

藍線和橙線分別代表嫦娥三號和嫦娥四號最低點飛行軌跡的高程變化。

在距離月面8-6公里的高度範圍內，嫦娥四號進行了快速的姿態調整，並校正了飛行偏差，確保安全着陸。

研究結果證實，嫦娥四號最終是在一個退化撞擊坑的緩坡上着陸。北邊有一個直徑為25米的撞擊坑，嫦娥四號距其邊緣僅8.35米。同時，嫦娥四號還被五個直徑約為10-25米、深度約為1-3米的撞擊坑所包圍。

圖a到c為不同圖像數據所顯示的嫦娥四號着陸位置。圖d為研究人員依據圖像數據生成的三維地形圖

如今，嫦娥四號的着陸地點已被命名為“天河基地”。9月23日，嫦娥四號和玉兔二號安全度過了長達14天的月夜極低温環境，成功自主“喚醒”，開始進入第十個月晝工作期。

論文稱，着陸軌跡等研究結果將為研究月球背面的控制點、高精度月球測繪以及隨後的月球探測提供測量數據，也為將來航天器在太陽系內的自主着陸（比如在小行星表面着陸）提供了參考依據。

論文全文地址見《自然》官網：《Descent trajectory reconstruction and landing site positioning of Chang’E-4 on the lunar farside》

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12278-3

文章及素材來源於《自然》、南方都市報等網絡平台