中繼衛(wèi)星鵲橋

嫦娥四號月面工作示意圖

嫦娥四號發(fā)射示意圖

此時(shí)此刻，嫦娥四號正在星夜兼程，向距離地球約40萬公里外的月球飛去。作為人類第一個(gè)即將在月球背面軟著陸并開展探測和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的航天器，嫦娥四號任務(wù)的實(shí)施可謂全球矚目。

今年初，有關(guān)嫦娥四號發(fā)射初定在12月的消息一經(jīng)對外發(fā)布，就有國際航天界人士將其定義為2018年世界航天最重大事件，甚至把2018年稱為“探月中國年”。5月21日，旨在為嫦娥四號提供中繼服務(wù)的“鵲橋”衛(wèi)星發(fā)射升空，標(biāo)志著嫦娥四號任務(wù)正式拉開帷幕。

12月8日2時(shí)23分，隨著長征三號乙運(yùn)載火箭沖天而起，本年度航天大戲的主角嫦娥四號隆重出場，它直上九霄，開啟奔月旅程。預(yù)計(jì)嫦娥四號將于2019年1月初在月球背面的南極附近實(shí)現(xiàn)軟著陸，隨后釋放月球車，進(jìn)行月面固定和移動巡視探測。嫦娥四號任務(wù)實(shí)施將由此進(jìn)入最激動人心的高潮。

①長路漫漫星途遠(yuǎn)

奔月征程雖然遙遠(yuǎn)，但是嫦娥四號自升空以來的星際之旅非常順暢。經(jīng)過僅1天多飛行，它就飛越了25萬多公里，進(jìn)入到地月轉(zhuǎn)移軌道段。2月9日16時(shí)42分，地面測控中心對其成功實(shí)施地月轉(zhuǎn)移軌道段的第二次軌道修正。地月轉(zhuǎn)移軌道段是嫦娥四號發(fā)射以來進(jìn)入的第二個(gè)飛行階段，這一階段預(yù)計(jì)將持續(xù)110個(gè)小時(shí)。之后，它將進(jìn)入繞月軌道段。

對于了解嫦娥工程發(fā)展歷程，特別是嫦娥三號月面軟著陸的人來說，嫦娥四號從發(fā)射到即將進(jìn)行的月面軟著陸的整個(gè)飛行過程并不陌生，兩者大體相似，都分為5個(gè)階段。第一階段為發(fā)射入軌段。嫦娥四號在運(yùn)載火箭的推力下進(jìn)入太空，在約1200多秒內(nèi)，先后實(shí)現(xiàn)助推器分離、火箭一二級分離、二三級分離和嫦娥四號與火箭分離，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。第二階段為地月轉(zhuǎn)移段。嫦娥四號在此階段實(shí)現(xiàn)向環(huán)月球飛行軌道的過渡轉(zhuǎn)移。據(jù)了解，對于嫦娥四號來說，地月轉(zhuǎn)移段飛行時(shí)間約為110個(gè)小時(shí)。第三階段為近月制動段。嫦娥四號通過制動減速，從而被月球引力捕獲。據(jù)西安衛(wèi)星測控中心喀什測控站工程師介紹，嫦娥四號進(jìn)入繞月軌道時(shí)間預(yù)計(jì)比嫦娥三號當(dāng)年縮短約2個(gè)小時(shí)。第四階段為繞月降落段。嫦娥四號在月球引力作用下，作繞月球飛行并不斷下降高度，直至實(shí)現(xiàn)月面軟著陸。第五階段為嫦娥四號巡視器與著陸器分離，拍攝第一張?jiān)虑虮趁嬲掌?，巡視器開始巡視探測，兩者所攜帶的設(shè)備和儀器陸續(xù)開始工作。

嫦娥四號飛行效率看來比嫦娥三號更高，較早進(jìn)入繞月軌道飛行。然而它繞月飛行的時(shí)間預(yù)計(jì)將比后者當(dāng)年多10多天。對此，嫦娥四號總設(shè)計(jì)師孫澤洲解釋說，繞月飛行時(shí)間之所以更長是為了讓嫦娥四號著陸時(shí)，所在區(qū)域的月面為白天，以利于其獲得充分太陽光。由于月球自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期相同，超過27天，其黑夜長約為地球上的14天，所以繞飛等待的時(shí)間顯得漫長。

②月背登陸是夙愿

月球公轉(zhuǎn)的周期與其自轉(zhuǎn)的周期相同，使得月球始終只有一面對著地球，而另一面則是鮮為人知的背面，在背面軟著陸并進(jìn)行探測，正是嫦娥四號肩負(fù)的使命。

人類探月已經(jīng)有約60年歷史，對月球的背面，人類當(dāng)然不是一無所知，航天器就曾多次傳回月球背面的照片，飛船內(nèi)的宇航員也多次觀察過那里，但是，到目前為止，還沒有人類探測器到達(dá)過那里。作為嫦娥三號的備份，嫦娥四號在前者完美完成“測月、巡天、觀地”目標(biāo)的情況下，被賦予重任：實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面軟著陸和巡視勘察。

軟著陸月球背面并進(jìn)行探測和實(shí)驗(yàn)當(dāng)然不只是為了到達(dá)月球背面，創(chuàng)造人類探月歷史。那里既是理想的科研場所也是難得的科研對象。作為科研場所而言，由于月球背面沒有來自地球的無線電波的干擾，提供了射電天文觀測的最佳環(huán)境，利用這一得天獨(dú)厚的條件，架設(shè)無線電望遠(yuǎn)鏡，建立月球背面天文觀測基地，是人類夢寐以求的夙愿。嫦娥四號配備了國內(nèi)新研發(fā)的天文望遠(yuǎn)鏡“極低頻射電頻譜儀”，不僅可以用于研究太陽爆發(fā)、著陸區(qū)上空的月球空間環(huán)境，而且可以對來自太陽系行星的低頻射電場進(jìn)行觀測，“聆聽”來自宇宙更深處的“聲音”，接收各種長波、短頻的無線電信號，探索宇宙起源?？梢灶A(yù)期，嫦娥四號有可能開辟射電天文觀測的新境界。

作為全新的近距離探測對象，月球背面可謂是等待挖掘的科研“寶庫”。相對于正面，月球背面的很多信息不為人所知，而對其進(jìn)行探測將可能有前所未有的發(fā)現(xiàn)。比如，嫦娥四號目標(biāo)著陸區(qū)艾肯盆地，那里據(jù)信是40億年前被隕石撞擊形成的。其直徑大約2500公里，深度約12公里，是目前發(fā)現(xiàn)的太陽系固體天體中最大最深的盆地，包含著豐富的月球地質(zhì)結(jié)構(gòu)等方面的信息，等待嫦娥四號去探索挖掘。

③“鵲橋”中繼信號連

勇于探索就意味著必須面對更多更大挑戰(zhàn)。嫦娥四號選擇了在月球背面驚鴻一落，實(shí)際上就是為中國航天選擇了前所未有的高難度。嫦娥四號奔月與月面探測不僅要解決嫦娥三號面臨的所有困難，而且還要克服由“月背”帶來的獨(dú)特挑戰(zhàn)，具體來說主要有兩個(gè)。

一是月背軟著陸。中國科學(xué)院院士、嫦娥一號工程總指揮葉培健對此有一個(gè)形象的比喻。他說，如果把嫦娥三號當(dāng)年在月球虹灣的落月比作在華北平原著陸，那么嫦娥四號則相當(dāng)于在崇山峻嶺的云貴川地區(qū)著陸。其難度是可想而知的。嫦娥四號探測器副總師吳學(xué)英對著陸區(qū)介紹說，那是月球背面靠近南極一個(gè)叫馮·卡門的撞擊坑，鑒于月球背面山峰林立，大坑套小坑，這個(gè)地方已經(jīng)是落月的最佳選擇了。在凸凹不平的地方軟著陸，這就需要嫦娥四號更具慧眼，落得更穩(wěn)更準(zhǔn)，才能經(jīng)受住挑戰(zhàn)。

二是中繼測控。嫦娥四號雖然有一定自主能力，但是超遠(yuǎn)距離測控是其任務(wù)成功實(shí)施的必要保障，實(shí)際上，解決月背造成的特有數(shù)據(jù)傳輸問題是嫦娥四號任務(wù)實(shí)施的先決條件。為此，“嫦娥”還未出發(fā)，其先導(dǎo)鵲橋中繼衛(wèi)星就先行飛天，并運(yùn)行至地月拉格朗日L2點(diǎn)，為實(shí)施月面與地面的通信信號“接力”做好準(zhǔn)備。雖然發(fā)射并使用中繼衛(wèi)星對中國航天來說并不是新鮮事，但是如此超遠(yuǎn)距離啟動信號中繼還是第一次，要克服的困難可以想象。

上述兩大挑戰(zhàn)是相互交織的。“鵲橋”數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^效果直接關(guān)系地面測控效果，進(jìn)而對月背軟著陸帶來重要影響。當(dāng)然了，在軟著陸之后的月面探測過程中，“鵲橋”中繼將始終發(fā)揮“風(fēng)箏線”的作用，完成超遠(yuǎn)距離的信號傳輸任務(wù)。

④月球新車進(jìn)前沿

對很多關(guān)注中國航天的人來說，嫦娥三號軟著陸成功后，巡視器玉兔月球車從著陸器上爬下來的鏡頭一定歷歷在目。嫦娥四號也即將上演類似的傳奇一幕。不過，與嫦娥三號的玉兔月球車命名相比，嫦娥四號的巡視器月球車顯得稍晚了一些，目前還沒有看到命名正式發(fā)布的信息，雖然其征名活動在今年8月份已經(jīng)展開并且有關(guān)方面隨后發(fā)布了十大候選名稱，其中包括“逐夢、光明、玉兔二號、探索”等。

與命名相比，實(shí)力當(dāng)然更重要。新的月球車在“玉兔”基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步升級改造。今年8月，有關(guān)方面舉辦的專題新聞發(fā)布會，對該月球車進(jìn)行了權(quán)威介紹。概括起來，新月球車比“玉兔”更優(yōu)秀的地方有兩點(diǎn)。

一是溫控防護(hù)。吸取了“玉兔”被月面極低溫凍壞的教訓(xùn)，新月球車專門配置了同位素?zé)嵩礊閮x器設(shè)備供熱。此外，通過優(yōu)化線路設(shè)計(jì)，盡可能減少裸露在外線路，更好對抗低溫。

二是科學(xué)載荷。嫦娥四號月球車延續(xù)了“玉兔”當(dāng)年探月國產(chǎn)“三大件”，即全景相機(jī)、紅外成像光譜儀和測月雷達(dá)。除此之外，它還有一個(gè)“殺手锏”級的裝備：中性原子探測儀。這是中國和瑞典合作的科學(xué)結(jié)晶，它將實(shí)現(xiàn)人類探月史上首次在月表開展這項(xiàng)探測活動。

特別值得一提的是，嫦娥四號月球車在實(shí)現(xiàn)升級的同時(shí)，其重量不僅沒有增加，而且還創(chuàng)全球目前重量最小的月球車紀(jì)錄。據(jù)悉，其總重量只有約140公斤。

除了新月球車升級之外，嫦娥四號著陸器能力也將進(jìn)一步提升。為更好適應(yīng)月背軟著陸要求，其著陸器具備更好的自主導(dǎo)航和避障功能，以便更好尋找地勢相對平坦的著陸區(qū)域。

⑤國際媒體齊點(diǎn)贊

嫦娥四號一直是國際媒體關(guān)注的焦點(diǎn)之一，特別是在12月8日升空以來，一批內(nèi)容豐富的深入報(bào)道紛紛見諸各類國際主流媒體，呈現(xiàn)全方位、多角度的立體報(bào)告態(tài)勢。

德國電視一臺網(wǎng)站聚焦中國新型月球車，在其12月7日的報(bào)道中，引用中國探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁的權(quán)威聲音，將月球車的優(yōu)異性能進(jìn)行了介紹和展示，突出其不僅能夠爬溝過坎，而且能夠長期在月面極端環(huán)境中工作。

英國《獨(dú)立報(bào)》網(wǎng)站近日刊文表示，中國嫦娥四號奔向月球暗面(背面)將是前所未有的太空之旅，將有助于揭開地球這位近鄰最為隱蔽的秘密。報(bào)道認(rèn)為，嫦娥四號登陸之后將很大程度上了解到那個(gè)不為人知的世界里的一系列情況，包括地表溫度、土壤的化學(xué)物質(zhì)等。

早在2017年底，英國《自然》雜志就在展望2018世界科技發(fā)展時(shí)，把中國嫦娥四號任務(wù)的實(shí)施列為年度最具影響力的12個(gè)科學(xué)事件之一。其表述為，中國嫦娥四號將于12月升空，成為首個(gè)在月球背面著陸和探索的探測器，中國有望由此成為首個(gè)到達(dá)月球背面的國家。臨近嫦娥四號發(fā)射時(shí)間窗口，該雜志再次聚焦嫦娥四號，向讀者預(yù)報(bào)了嫦娥四號發(fā)射的英國當(dāng)?shù)貢r(shí)間并稱中國以月亮女神命名的嫦娥四號探月，是人類探月邁出的歷史性一步。

西班牙《先鋒報(bào)》網(wǎng)站聚焦嫦娥四號即將開展的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，指出月球背面沒有來自地球的電磁干擾，嫦娥四號的月球車將可以更好地研究月球和太空。報(bào)道特別介紹了嫦娥四號攜帶的裝有馬鈴薯種子、擬南芥種子的罐子，指出科學(xué)家將借此測試植物是否能在月球上生長。

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