1月3日在北京航天飛行控制中心拍攝的嫦娥四號(hào)降落過(guò)程(示意圖)。

新華社記者 金立旺攝

這一刻，注定要在人類的太空探索史上留下濃墨重彩的一筆。3日，飛行約40萬(wàn)公里之后，嫦娥四號(hào)探測(cè)器成功降落于月球背面東經(jīng)177.6度、南緯45.5度附近的預(yù)選著陸區(qū)，實(shí)現(xiàn)了人類探測(cè)器首次月球背面軟著陸和首次月背與地球的中繼通信，開(kāi)啟了月球探測(cè)的新篇章。

■ 哪些設(shè)備上月球？

“嫦娥四號(hào)原來(lái)是嫦娥三號(hào)的備份星，三號(hào)成功后備份轉(zhuǎn)正份，那么第二次著陸要選擇哪里？我們認(rèn)為應(yīng)該賦予四號(hào)更強(qiáng)的生命力和更多功能。從上世紀(jì)50年代開(kāi)始，發(fā)射到月球的探測(cè)器和軌道器已經(jīng)有100多個(gè)，但都是對(duì)月球正面的探測(cè)，至今沒(méi)有任何一個(gè)月球探測(cè)器能夠?qū)崿F(xiàn)在月球背面軟著陸。因此，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，最終確定了嫦娥四號(hào)月球背面軟著陸和巡視探測(cè)的總體方案。”中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師、中國(guó)工程院院士吳偉仁解釋了嫦娥四號(hào)任務(wù)的由來(lái)。

中國(guó)航天科技集團(tuán)五院嫦娥四號(hào)探測(cè)器系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師孫澤洲說(shuō)，嫦娥四號(hào)任務(wù)實(shí)際上是“兩器一星”，包括了著陸器、巡視器和“鵲橋”中繼星，其中先期發(fā)射的中繼星就是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)地、對(duì)月的中繼通信，而巡視器更多地被人們稱為“月球車”。

新華社記者 胡 喆 胥曉璇 盧 哲編制

■ 月背探測(cè)難在哪？

由于月球繞地球公轉(zhuǎn)的周期與月球自轉(zhuǎn)的周期相同，所以月球總有一面背對(duì)著地球，這一面被稱為月球背面。正因?yàn)楸硨?duì)地球，要在月球背面實(shí)現(xiàn)軟著陸，探測(cè)器與地球的測(cè)控通信和數(shù)據(jù)傳輸成為首先要解決的難題。此外，月球背面并不像正面那樣平坦，著陸區(qū)的選擇及精準(zhǔn)著陸也是難題。

在兩位總設(shè)計(jì)師看來(lái)，嫦娥四號(hào)任務(wù)的技術(shù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。

首先是地月L2點(diǎn)軌道的精確設(shè)計(jì)與控制，要使中繼星穩(wěn)定運(yùn)行在L2點(diǎn)的軌道上。

其次是地月L2點(diǎn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)中繼。“選擇L2點(diǎn)有很多好處，但也有不足之處，那就是距離月球7.9萬(wàn)公里、距離地球4萬(wàn)公里，遙遠(yuǎn)的距離讓信號(hào)衰減的問(wèn)題更棘手。地月之間通信、探測(cè)器的狀態(tài)控制等，都要靠中繼星來(lái)保障，還要考慮到通信時(shí)間、測(cè)控時(shí)間的延遲，因此，中繼星的精準(zhǔn)可靠至關(guān)重要。”孫澤洲解釋說(shuō)。

第三是復(fù)雜地形的安全著陸。吳偉仁打了個(gè)比方：“月球正面就相當(dāng)于我國(guó)的大平原，地勢(shì)平坦；但背面就有點(diǎn)像我國(guó)的西南山區(qū)，到處都是高山和撞擊坑，月背可供選擇的著陸區(qū)范圍只有正面的1/8。嫦娥三號(hào)著陸時(shí)可供選擇的區(qū)域范圍長(zhǎng)約300公里、寬約90公里，而嫦娥四號(hào)只能在有限的相對(duì)大的撞擊坑里尋找相對(duì)平坦的位置作為著陸區(qū)，選擇范圍長(zhǎng)寬各十幾公里。此外，嫦娥三號(hào)當(dāng)時(shí)是斜著降落的，嫦娥四號(hào)如果也是斜著下來(lái)就要撞山了。在復(fù)雜的地形下，嫦娥四號(hào)要近乎垂直降落，著陸時(shí)間短、航程短，風(fēng)險(xiǎn)確實(shí)比較大。”

1月3日，在北京航天飛行控制中心，科研人員在緊張工作。

新華社記者 金立旺攝

■ 如何選擇著陸點(diǎn)？

嫦娥四號(hào)的首選著陸地點(diǎn)，是位于月球背面南極—艾特肯盆地中部的馮·卡門撞擊坑。為什么選擇這里？

孫澤洲解釋說(shuō)，月面不同緯度所面臨的熱控和能源設(shè)計(jì)是相互約束、相對(duì)矛盾的。如果降落到低緯度地區(qū)，光照條件好、能源獲得充足，但對(duì)于熱控是巨大的挑戰(zhàn)；如果降落在高緯度地區(qū)，熱控壓力大大減少，但太陽(yáng)能獲取又受到影響。綜合考慮多種因素，嫦娥三號(hào)按照中高緯度降落來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，嫦娥四號(hào)在月球背面著陸的緯度也確定在40度—50度的范圍內(nèi)。

此外，探測(cè)器與中繼星L2點(diǎn)的通信問(wèn)題也是考慮因素之一。“如果探測(cè)器仰角太低，勢(shì)必更容易受到周圍山地的影響。我們希望探測(cè)器能夠高仰角對(duì)中繼星通信，這樣一來(lái)，經(jīng)度也大致確定了，大的區(qū)域范圍就出現(xiàn)了。同時(shí)還要選擇相對(duì)大一些、平坦一些的撞擊坑，就確定了艾特肯盆地。”

艾特肯盆地是目前發(fā)現(xiàn)的太陽(yáng)系固體天體中最大最深的盆地，直徑大約2500公里，深度約12公里，90%的面積都分布在月球背面。“盆地確定后，還要篩選出有特點(diǎn)的撞擊坑作為著陸地點(diǎn)。同時(shí)考慮到備份窗口的問(wèn)題，選擇的著陸點(diǎn)附近要有相鄰的、條件合適的撞擊坑。如果頭一天的發(fā)射窗口沒(méi)能如期發(fā)射，要在第二天發(fā)射，那么就要選擇相鄰經(jīng)度13度左右的撞擊坑作為備選著陸區(qū)。”孫澤洲表示，綜合上述因素，最終確定馮·卡門和克雷地安撞擊坑分別作為主選擇和備份著陸區(qū)。

落月成功后，孫澤洲表示，整個(gè)過(guò)程完全按照預(yù)想進(jìn)行，著陸非常平穩(wěn)，并且著陸位置就是最初設(shè)定的理想著陸點(diǎn)。

■ 探測(cè)任務(wù)有哪些？

嫦娥四號(hào)軟著陸之后開(kāi)展的科學(xué)探測(cè)，也將創(chuàng)造多個(gè)首次。

吳偉仁表示，嫦娥四號(hào)的成功落月，表明我們具備了全月球到達(dá)的能力，基本上可以到達(dá)月球任何一個(gè)地點(diǎn)。在科學(xué)任務(wù)方面，嫦娥四號(hào)將進(jìn)行月球背面低頻射電天文觀測(cè)與研究，開(kāi)展月球背面巡視區(qū)形貌、礦物組分及月表淺層結(jié)構(gòu)探測(cè)與研究，試驗(yàn)性開(kāi)展月球背面中子輻射劑量、中性原子等月球環(huán)境探測(cè)研究。

吳偉仁解釋說(shuō)：“著陸器、巡視器將會(huì)考察著陸地區(qū)的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造，我們會(huì)得到第一張?jiān)虑虻叵碌钠拭鎴D，還會(huì)探測(cè)著陸地區(qū)的物質(zhì)成分、月壤組成等。與此同時(shí)，還將測(cè)出月球背面的準(zhǔn)確溫度。 ”

據(jù)介紹，月球分為克里普巖地體、斜長(zhǎng)高地巖地體、艾特肯盆地地體，只有艾特肯盆地地體沒(méi)有被近距離巡視探測(cè)，具有很高的科研價(jià)值。而且月球背面的巖石更加古老，如果能夠獲取其物質(zhì)成分信息，將有助于科學(xué)家了解月球的化學(xué)成分演化過(guò)程。

此外，在月球背面開(kāi)展的低頻射電天文觀測(cè)也備受關(guān)注。“月球背面可以屏蔽電磁干擾，能夠填補(bǔ)在地球和其他地方無(wú)法開(kāi)展的100KHz—1MHz射電天文觀測(cè)空白，有可能觀察到40億年前宇宙早期爆炸的暗黑地區(qū)的無(wú)線電波，將在行星際激波、日冕物質(zhì)拋射和高能電子束產(chǎn)生機(jī)理等方面取得原創(chuàng)性成果。”孫澤洲說(shuō)。

嫦娥四號(hào)著陸步驟

新華社記者 胥曉璇 胡 喆編制

嫦娥四號(hào)七大創(chuàng)新

● 實(shí)現(xiàn)世界首次月球背面軟著陸與巡視探測(cè)，突破月球背面復(fù)雜地形地貌識(shí)別、高精度自主著陸控制與自主避障等技術(shù)；

● 突破高增益可展開(kāi)天線、地月拉格朗日L2點(diǎn)中繼軌道設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)；

● 突破強(qiáng)背景噪聲環(huán)境下空間低頻電場(chǎng)信號(hào)提取、空間低頻電磁波高靈敏度接收等技術(shù)；

● 突破運(yùn)載火箭多窗口、窄寬度軌道設(shè)計(jì)，組合導(dǎo)航濾波優(yōu)化，氫氧動(dòng)力系統(tǒng)加注后推遲24小時(shí)發(fā)射等關(guān)鍵技術(shù)；

● 突破星載激光角反射器研制，國(guó)際首次開(kāi)展超地月距離的反射式激光測(cè)距試驗(yàn)；

● 突破寬溫變與高真空條件下的月表微型生態(tài)圈構(gòu)造技術(shù)；

● 首次開(kāi)展國(guó)際載荷搭載和聯(lián)合探測(cè)，完成月球中子及輻射劑量、中性原子分布等科學(xué)探測(cè)。

[責(zé)任編輯：楊凡、穆楠]

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