遠(yuǎn)望智庫(kù)技術(shù)預(yù)警中心  石墨

本文為遠(yuǎn)望智庫(kù)原創(chuàng)文章，轉(zhuǎn)載請(qǐng)標(biāo)明來(lái)源和作者

綜合媒體2019年1月4日?qǐng)?bào)道，北京時(shí)間1月3日10時(shí)26分，中國(guó)“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器成功在月球背面南極-艾特肯盆地的馮·卡門撞擊坑內(nèi)著陸，并通過(guò)“鵲橋”中繼衛(wèi)星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖，揭開了古老月背的神秘面紗。此次任務(wù)實(shí)現(xiàn)了人類探測(cè)器首次月背軟著陸、首次月背與地球的中繼通信，開啟了人類月球探測(cè)新篇章。

“嫦娥四號(hào)”著陸過(guò)程歷時(shí)約11分鐘。10時(shí)15分，北京航天飛行控制中心發(fā)出指令，“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器從距離月面15公里處開始實(shí)施動(dòng)力下降，在距離月面6-8公里處，探測(cè)器快速調(diào)整姿態(tài)，到達(dá)距月面100米處，進(jìn)行懸停，對(duì)障礙物和坡度進(jìn)行識(shí)別和自主避障，找好理想著陸點(diǎn)，然后緩速垂直下降。約690秒后，“嫦娥四號(hào)”順利完成自主著陸。這也是繼2013年“嫦娥三號(hào)”成功著陸月球正面之后，中國(guó)探測(cè)器再度造訪月球，中國(guó)也因此成為世界上第一個(gè)在月球正面與背面均成功完成探測(cè)器軟著陸的國(guó)家！

“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器由著陸器和月球車組成，共配置包括2臺(tái)國(guó)際合作載荷在內(nèi)的8臺(tái)有效載荷，其中著陸器上安裝了地形地貌相機(jī)、降落相機(jī)、低頻射電頻譜儀、與德國(guó)合作的月表中子及輻射劑量探測(cè)儀等4臺(tái)載荷；月球車上安裝了全景相機(jī)、測(cè)月雷達(dá)、紅外成像光譜儀和與瑞典合作的中性原子探測(cè)儀。目前各設(shè)備已準(zhǔn)備展開部署，以完成該項(xiàng)目的三大類科學(xué)任務(wù)，包括：開展月基低頻射電天文觀測(cè)與研究、開展月球背面巡視區(qū)形貌和礦物組份及淺層結(jié)構(gòu)探測(cè)與研究、試驗(yàn)性開展月球背面中子輻射劑量及中性原子等月球環(huán)境探測(cè)研究。此外，著陸器還搭載了月表生物科普試驗(yàn)載荷，為中外科學(xué)家提供了太空探索的機(jī)會(huì)。

由于屏蔽作用，地球表面無(wú)法開展低頻射電的觀測(cè)，而月球正面由于地球磁環(huán)境的影響，開展低頻射電觀測(cè)效果也不好，但是月球背面的磁環(huán)境恰恰十分干凈，非常適合開展低頻射電天文觀測(cè)。此外，月球背面比正面更為古老，馮·卡門撞擊坑的物質(zhì)成分和地質(zhì)年代更具有代表性，對(duì)研究月球和太陽(yáng)系的早期歷史具有重要價(jià)值。

本次探月任務(wù)難度系數(shù)大，風(fēng)險(xiǎn)高，其面臨的主要挑戰(zhàn)包括：月背通信困難和著陸區(qū)域地勢(shì)復(fù)雜。

最大挑戰(zhàn)之一是與月球探測(cè)器保持通信。由于潮汐作用，月球背面始終背向地球，如果不建立中繼站，信號(hào)很難直接傳輸?shù)皆卤?，為此中?guó)發(fā)射了在月球同步軌道運(yùn)行的“鵲橋”中繼衛(wèi)星，它可以在地球和“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器之間傳輸控制指令和數(shù)據(jù)。但實(shí)際上，落月過(guò)程在地球方向不直接可見，所有信息傳輸都需要由中繼星“鵲橋號(hào)”中轉(zhuǎn)并有一定的延遲，這無(wú)疑增加了著陸的風(fēng)險(xiǎn)，所以落月過(guò)程只能由GNC系統(tǒng)自主操控，加之回傳畫面延遲，對(duì)地面人員來(lái)說(shuō)，整個(gè)過(guò)程近乎“盲降”。

此外，月背著陸區(qū)域地勢(shì)環(huán)境復(fù)雜也是“嫦娥四號(hào)”探月任務(wù)所面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。由于月球獨(dú)特的形貌構(gòu)造，“嫦娥四號(hào)”所去往的月球背面南極-艾特肯盆地地形狀況要比月球正面復(fù)雜許多。與月球正面的平原相比，月球背面遍布著大量的高山、撞擊坑和環(huán)形山，地勢(shì)十分陡峭，難以找到大片的平坦區(qū)域用于著陸。中國(guó)工程院院士、中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁曾形容，“嫦娥三號(hào)”相當(dāng)于在華北平原著陸，而“嫦娥四號(hào)”則是在崇山峻嶺的云貴川地區(qū)著陸，“嫦娥三號(hào)”月球正面著陸區(qū)地形起伏僅800米，而“嫦娥四號(hào)”著陸區(qū)起伏達(dá)到6000米，著陸環(huán)境相當(dāng)嚴(yán)苛。

“嫦娥四號(hào)”登陸月球背面，既是人類深空探測(cè)史上的首次，也是中國(guó)探月工程的一項(xiàng)重大成就，“嫦娥四號(hào)”今后將通過(guò)對(duì)片區(qū)域的巡視探測(cè)，獲取月球背面的圖片、影像，甚至表面和內(nèi)部的樣本，對(duì)月球表面的巖石土壤、溫度、光照、浮塵的特征及形成機(jī)理、低頻射電天文、演化歷史等進(jìn)行研究，并且利用月球背面得天獨(dú)厚的無(wú)干擾低頻射電天文環(huán)境進(jìn)行探索性的天文觀測(cè)，可以為將來(lái)我國(guó)乃至人類對(duì)月球的開發(fā)利用提供第一手資料。

從“嫦娥一號(hào)”拍攝的全月球影像圖，到“嫦娥二號(hào)”首次實(shí)現(xiàn)我國(guó)對(duì)小行星的飛越探測(cè)，再到“嫦娥三號(hào)”成功實(shí)現(xiàn)落月夢(mèng)想、“嫦娥四號(hào)”實(shí)現(xiàn)月球背面軟著陸……探月工程自2004年啟動(dòng)以來(lái)取得一個(gè)又一個(gè)突破，對(duì)我國(guó)月球及深空探測(cè)乃至航天事業(yè)的持續(xù)發(fā)展具有重大意義。這是繼人造地球衛(wèi)星、載人航天飛行取得成功之后我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的又一座里程碑，標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入世界具有深空探測(cè)能力的國(guó)家行列。