照片後的故事：嫦娥四號曾差點失敗，幸及時救回_風聞

在嫦娥四號平穩落月的一刻，嫦娥四號探測器項目執行總監張熇激動地掩面而泣，葉培建院士走到張熇身邊，緊緊握住她的手。這個感人的瞬間被攝影師記錄了下來，這張照片背後，則是一個不為人知的驚人故事

本文節選自北京航天飛行控制中心所著的《月背征途》第四章：登陸月背，驚心動魄72小時；第一節“不平凡的登月之路”。這本書由“中國探月三駕馬車”之中國科學院、工程院院士孫家棟、歐陽自遠院士，以及吳偉仁、葉培建院士聯袂推薦。

意外發生

俗話説，天有不測風雲。“嫦娥四號”奔月之旅完美開局後不久就出現了突發狀況。

2018年12月8日上午9時，正當飛控專家們審議第一次中途修正控制策略時，一個緊急情況傳到了會場，探測器燃料意外泄露。初步計算的燃料損失量已遠超推進劑設計餘量，這意味着如果還按照前期反覆論證和演練的軌道控制方案，“嫦娥四號”將無法安全落月，從而直接導致整個任務前功盡棄。

這時現場一名專家提出，**如果把每個階段的預留餘量都拿出來，還差將近10千克的燃料，建議從動力下降的燃料中再摳出10千克進行補充。**對此，飛控中心主任、“嫦娥四號”任務測控通信系統總指揮堅決反對：“動力下降關係落月安全，別説10千克了，就是1克都不能摳。”總指揮的態度不容置疑，但他也同時給出了另一個解決方案：“整個軌道控制方案是飛控中心軌道專家組合探測器系統共同設計的，現在最好的方法是讓他們重新設計一個更安全的控制方案。”

這一次，還能去月背嗎？

軌道重構

由於月別地形遠比月球正面複雜，為了確保安全，工程總體要求“嫦娥四號”按照定時、定點着陸的方案實施動力下降、相對於“嫦娥三號”任務，這次“嫦娥四號”的月背軟着陸控制精度要求更高了，然而燃料卻幾乎沒有冗餘，這意味着留給飛控中心進行軌道控制設計的空間很小。

早在任務準備階段，軌道專家組就經過反覆研究論證，提出了一種新的聯合優化控制技術，既能保證各個階段定點、定時着陸的控制，還能為“嫦娥四號”的動力下降提供更多推進劑節餘。

有了聯合優化控制技術作為基礎，故障通報不到2小時，軌道專家組就給出了一套初步可行的應急軌道重構方案。在之後的幾天裏，他們通宵達旦地連續奮戰，一邊對方案進行反覆推敲、改進優化，持續減少控制量，一般用改進的聯合優化控制計算軟件分析驗證，一套精確成熟的軌道重構設計方案終於如期交付，並順利通過了評審。

由於奔月途中出現了燃料泄露，地月轉移軌道不得不取消7500牛大推力發動機開機進行推力標定的計劃。由於無法進行在軌推力標定，7500發動機推力評估不準將可能造成撞月的風險。

為了避免出現這個問題，新的控制方案對近月制動軌道控制目標進行了調整，首先把“嫦娥四號”控制到100千米×430千米的目標軌道，以確保在考慮7500牛發動機推力偏差較大的情況下不會撞月。在後續環月修正時，再將探測器控制到100千米×100千米的環月近圓軌道。這種控制策略有效的解決了7500牛發動機制動的安全性問題，同時可以檢驗發動機的工作狀態。

令人驚歎的是，直到2019年1月3日實施動力下降時，“嫦娥四號”仍有近3千克的推進劑節餘，沒有動用1克動力下降的燃料。

然而，此時專家組提出了一個新的疑問：探測器一共有4個燃料儲箱，包括了2個氧化劑貯箱和2個燃燒劑儲箱，分佈在探測器兩側，由於一側的燃燒劑出現了泄露，探測器重心發生偏移，產生了較大的干擾力矩，影響落月的安全性。這又給飛控中心出了一個大難題，經過反覆研究，最終決定在兩次環月軌道修正時採用單個氧化劑貯箱和單個燃燒劑儲箱供給的方案，以修正燃料儲箱不均衡的問題。

同時，為了保證兩個氧化劑儲箱消耗的一致性，對第一次環月軌道修正的軌道目標再次進行調整，改為“兩步走”方案：第一步實在第一次環月軌道修正時將“嫦娥四號”軌道從100千米×430千米調整到100千米×260千米的橢圓軌道；第二步是在第二次環月修正時再將軌道調整為100千米×100千米的近圓軌道。而且每次都使用單側儲箱工作消耗多的一側，從而達到重心調整的目的。這樣的控制方案既解決了燃料儲箱重心不平衡的問題，還能保證動力下降時刻不變。

精確瞄準落點

根據飛控中心制訂的軌道修正方案，“嫦娥四號”將於第二次環月軌道修正8天后到達馮·卡門撞擊坑的預定區域。

事實上，“嫦娥四號”從中國西昌出發，經過連續25天幾十萬千米的長途旅程，經歷坎坷，一波三折。其中，在飛控中心精確的控制下，它到達馮·卡門撞擊坑上空的預訂動力下降點與計劃時間僅僅相差了19秒。按時到達預訂終點。

動力下降是一個自主導航、自主避障的過程。“嫦娥四號”自身攜帶着高精度的陀螺和加速度計等慣性測量元件，可以精確測量動力下降過程中的位置、速度和姿態等參數的變化量。然而，要想實現精確落月的預定目標，有一個關鍵的前提因素就是精準的動力下降導航初始參數。這組參數是動力下降起始時刻的位置、速度和姿態，也是“嫦娥四號”後續自行計算導航參數的初始值。

經過第一輪計算分析和數據對比，“嫦娥四號”落點緯度偏差為0.01°。雖然這個數值遠優於任務指標，但是飛控中心軌道團隊認為這個偏差超出了正常對比範圍，是由軌道符合雙方計算模型與實際存在不一致造成的，還可以更加精確。為此，飛控中心軌道團隊利用探測器系統給出的數據信息進一步優化和修正計算模型，將落點緯度偏差縮小為了0.001°，精確提高了整整10倍。

致此，降落月背的各項準備工作已經就緒，只等“嫦娥四號”落月時刻的到來。