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這一刻(ke)，注定要在(zai)人類(lei)的太(tai)空探索史上留下濃墨重彩(cai)的一筆。3日，飛行約(yue)40萬(wan)公(gong)里之后，嫦娥四號探測(ce)器成功降落于(yu)月(yue)球(qiu)背面東經177.6度(du)、南(nan)緯45.5度(du)附近的預選著陸區(qu)，實現了人類(lei)探測(ce)器首次月(yue)球(qiu)背面軟著陸和(he)首次月(yue)背與地球(qiu)的中繼(ji)通信，開啟(qi)了月(yue)球(qiu)探測(ce)的新篇(pian)章。

“嫦娥(e)四號(hao)(hao)(hao)原來(lai)是嫦娥(e)三號(hao)(hao)(hao)的備(bei)(bei)份星，三號(hao)(hao)(hao)成功后備(bei)(bei)份轉(zhuan)正份，那么第(di)二次著(zhu)陸(lu)要選擇哪里？我們認為應該賦予四號(hao)(hao)(hao)更強的生(sheng)命力(li)和更多(duo)功能。從上世紀(ji)50年(nian)代開始(shi)，發射到月(yue)球的探(tan)測器和軌道(dao)器已(yi)經(jing)有100多(duo)個(ge)，但(dan)都(dou)是對月(yue)球正面的探(tan)測，至今沒有任(ren)何一個(ge)月(yue)球探(tan)測器能夠實(shi)現在月(yue)球背面軟著(zhu)陸(lu)。因(yin)此，經(jing)過反復論證，最終確定(ding)了嫦娥(e)四號(hao)(hao)(hao)月(yue)球背面軟著(zhu)陸(lu)和巡(xun)視探(tan)測的總(zong)體方案(an)。”中(zhong)(zhong)國(guo)探(tan)月(yue)工(gong)程總(zong)設(she)計師、中(zhong)(zhong)國(guo)工(gong)程院院士(shi)吳(wu)偉仁解釋了嫦娥(e)四號(hao)(hao)(hao)任(ren)務的由來(lai)。

中(zhong)國航(hang)天科技集團(tuan)五院嫦娥四號探(tan)測器系統總設計師孫澤洲說，嫦娥四號任務實際上是“兩(liang)器一星(xing)”，包括了著陸器、巡(xun)視器和“鵲橋(qiao)”中(zhong)繼星(xing)，其(qi)中(zhong)先期發(fa)射(she)的(de)中(zhong)繼星(xing)就是為了實現對(dui)地(di)(di)、對(dui)月(yue)的(de)中(zhong)繼通信，而巡(xun)視器更多地(di)(di)被人們稱(cheng)為“月(yue)球車”。

月背任務克三難

由于月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)繞地球(qiu)(qiu)(qiu)公轉的周期(qi)與(yu)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)自轉的周期(qi)相同，所(suo)以月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)總有(you)一面(mian)背(bei)對著(zhu)地球(qiu)(qiu)(qiu)，這一面(mian)被稱(cheng)為月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)背(bei)面(mian)。正(zheng)因為背(bei)對地球(qiu)(qiu)(qiu)，要在(zai)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)背(bei)面(mian)實現軟著(zhu)陸(lu)，探測(ce)器與(yu)地球(qiu)(qiu)(qiu)的測(ce)控(kong)通信和數據傳輸(shu)成(cheng)為首先要解決(jue)的難題。此外，月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)背(bei)面(mian)并不像(xiang)正(zheng)面(mian)那樣平坦，著(zhu)陸(lu)區的選擇(ze)及精準著(zhu)陸(lu)也是難題。

在(zai)兩位(wei)總設計(ji)師看來(lai)，嫦(chang)娥四號(hao)任務的技術難(nan)點(dian)主(zhu)要體現在(zai)3個方面。

首先是地(di)月L2點軌道的(de)精確(que)設計與(yu)控制，要使(shi)中繼星穩(wen)定運行在L2點的(de)軌道上。

其(qi)次是(shi)地(di)月(yue)(yue)(yue)L2點(dian)遠距(ju)離的(de)(de)數(shu)據中(zhong)(zhong)繼(ji)。“選擇L2點(dian)有很多好(hao)處，但也(ye)有不(bu)足之處，那就是(shi)距(ju)離月(yue)(yue)(yue)球7.9萬(wan)公里、距(ju)離地(di)球4萬(wan)公里，遙遠的(de)(de)距(ju)離讓信號衰減的(de)(de)問題更(geng)棘手(shou)。地(di)月(yue)(yue)(yue)之間(jian)通信、探(tan)測器的(de)(de)狀態控制等，都要(yao)靠(kao)中(zhong)(zhong)繼(ji)星來保障，還要(yao)考慮到通信時間(jian)、測控時間(jian)的(de)(de)延遲(chi)，因(yin)此(ci)，中(zhong)(zhong)繼(ji)星的(de)(de)精準可靠(kao)至關(guan)重要(yao)。”孫澤洲(zhou)解釋(shi)說(shuo)。

第三是復(fu)雜地形的(de)(de)安全著陸(lu)(lu)。吳偉(wei)仁(ren)打了個比方：“月球正面就(jiu)相(xiang)當于(yu)我(wo)國的(de)(de)大平原，地勢平坦(tan)；但背面就(jiu)有(you)(you)點(dian)像我(wo)國的(de)(de)西南山(shan)區(qu)，到處都(dou)是高山(shan)和撞(zhuang)(zhuang)擊坑(keng)，月背可(ke)供選(xuan)擇的(de)(de)著陸(lu)(lu)區(qu)范(fan)圍(wei)只(zhi)有(you)(you)正面的(de)(de)1/8。嫦娥三號(hao)著陸(lu)(lu)時(shi)可(ke)供選(xuan)擇的(de)(de)區(qu)域范(fan)圍(wei)長(chang)約300公里(li)、寬(kuan)約90公里(li)，而嫦娥四號(hao)只(zhi)能(neng)在(zai)有(you)(you)限(xian)的(de)(de)相(xiang)對大的(de)(de)撞(zhuang)(zhuang)擊坑(keng)里(li)尋找相(xiang)對平坦(tan)的(de)(de)位(wei)置作(zuo)為著陸(lu)(lu)區(qu)，選(xuan)擇范(fan)圍(wei)長(chang)寬(kuan)各十(shi)幾公里(li)。此外，嫦娥三號(hao)當時(shi)是斜著降落的(de)(de)，嫦娥四號(hao)如果(guo)也是斜著下來就(jiu)要(yao)撞(zhuang)(zhuang)山(shan)了。在(zai)復(fu)雜的(de)(de)地形下，嫦娥四號(hao)要(yao)近乎垂直降落，著陸(lu)(lu)時(shi)間短、航程短，風險(xian)確實比較大。”

精準落月有妙招

孫(sun)澤洲介紹，此次(ci)嫦娥(e)四號的落月可(ke)以說(shuo)是“正(zheng)中靶(ba)心”，嫦娥(e)四號全(quan)自主動力(li)下降，通過慣性(xing)導(dao)航(hang)及與月面相對測量導(dao)航(hang)，按照既(ji)定制導(dao)率實現月球背面軟(ruan)著陸。

與(yu)嫦(chang)娥三(san)號(hao)相似，嫦(chang)娥四(si)(si)號(hao)探測器也經(jing)歷了(le)點火準備(bei)、主減速段(duan)、快速調整段(duan)、接近段(duan)、懸停段(duan)、避障段(duan)以(yi)及緩速下(xia)降(jiang)(jiang)段(duan)等動(dong)力下(xia)降(jiang)(jiang)過程，實(shi)現從(cong)距離(li)月面15公里(li)高(gao)(gao)度安全(quan)下(xia)降(jiang)(jiang)至月球表面的軟(ruan)著陸。全(quan)過程用(yong)時約690秒。不同之處在(zai)(zai)于，嫦(chang)娥四(si)(si)號(hao)在(zai)(zai)15公里(li)到8公里(li)高(gao)(gao)度為傾斜(xie)下(xia)降(jiang)(jiang)，8公里(li)之后就改為垂直向(xiang)下(xia)，引入(ru)相對于月面的測量導(dao)航。孫澤洲(zhou)解釋：“這樣就可以(yi)克服著陸區周邊(bian)地形(xing)起伏的問(wen)題。”

為了(le)增加著陸的(de)(de)安全性，嫦娥四(si)號探(tan)測(ce)器(qi)(qi)會通過接(jie)力避障的(de)(de)方式。下(xia)(xia)降至2公(gong)里左右，探(tan)測(ce)器(qi)(qi)會做(zuo)一(yi)次光學的(de)(de)初避障，主(zhu)要識別大障礙(ai)。下(xia)(xia)降至100米(mi)左右，探(tan)測(ce)器(qi)(qi)會做(zuo)一(yi)個懸停，利用激光敏感器(qi)(qi)實(shi)現精避障，識別0.2米(mi)障礙(ai)、坡度等，通過地形的(de)(de)最(zui)優識別方法找(zhao)到(dao)安全區域降落。嫦娥四(si)號的(de)(de)自主(zhu)能力有很大提(ti)升(sheng)，“如果找(zhao)不到(dao)安全區域，嫦娥四(si)號會選擇相對次優的(de)(de)區域，還可以做(zuo)水平(ping)機動(dong)調整。”

著陸地點費思量

嫦(chang)娥四號的(de)首選(xuan)著陸地(di)點，是位于(yu)月球背面南(nan)極—艾特肯盆地(di)中部的(de)馮(feng)·卡門撞擊坑(keng)。為什么(me)選(xuan)擇這里？

孫澤(ze)洲解釋(shi)說，月面不同緯(wei)度(du)所面臨的熱(re)控和能源(yuan)設計(ji)是相互(hu)約束、相對(dui)(dui)矛(mao)盾的。如(ru)果降(jiang)落到(dao)(dao)低緯(wei)度(du)地區(qu)，光照條件好、能源(yuan)獲(huo)得充足，但(dan)對(dui)(dui)于(yu)熱(re)控是巨(ju)大的挑戰；如(ru)果降(jiang)落在(zai)高(gao)(gao)緯(wei)度(du)地區(qu)，熱(re)控壓力大大減少，但(dan)太(tai)陽能獲(huo)取(qu)又受(shou)到(dao)(dao)影響(xiang)。綜合考慮多(duo)種因素，嫦娥三號(hao)按照中(zhong)高(gao)(gao)緯(wei)度(du)降(jiang)落來進行設計(ji)，嫦娥四號(hao)在(zai)月球(qiu)背面著陸的緯(wei)度(du)也確定在(zai)40度(du)—50度(du)的范圍內。

此外，探測器(qi)與中(zhong)(zhong)繼星L2點的通信問(wen)題也是考慮(lv)因素之一(yi)。“如果探測器(qi)仰(yang)角太低，勢必更容易受(shou)到周圍山(shan)地的影響。我們希望探測器(qi)能(neng)夠高仰(yang)角對中(zhong)(zhong)繼星通信，這樣一(yi)來，經度也大(da)致確定(ding)了，大(da)的區域范圍就出現了。同時還要選擇相對大(da)一(yi)些、平坦一(yi)些的撞擊坑，就確定(ding)了艾特(te)肯盆地。”

艾特肯盆地(di)是目前發(fa)現的(de)(de)太陽(yang)系固體天體中最大最深的(de)(de)盆地(di)，直徑大約(yue)2500公里(li)，深度約(yue)12公里(li)，90%的(de)(de)面(mian)(mian)積都分(fen)布(bu)在(zai)月球背面(mian)(mian)。“盆地(di)確定后，還要篩選(xuan)(xuan)出有(you)特點的(de)(de)撞擊坑(keng)作為(wei)著(zhu)陸(lu)(lu)地(di)點。同(tong)時考慮(lv)到備(bei)份窗(chuang)口的(de)(de)問題(ti)，選(xuan)(xuan)擇(ze)(ze)的(de)(de)著(zhu)陸(lu)(lu)點附近要有(you)相(xiang)鄰(lin)的(de)(de)、條件合適(shi)的(de)(de)撞擊坑(keng)。如果頭一(yi)天的(de)(de)發(fa)射(she)窗(chuang)口沒能(neng)如期發(fa)射(she)，要在(zai)第二天發(fa)射(she)，那么就要選(xuan)(xuan)擇(ze)(ze)相(xiang)鄰(lin)經度13度左右的(de)(de)撞擊坑(keng)作為(wei)備(bei)選(xuan)(xuan)著(zhu)陸(lu)(lu)區(qu)。”孫澤(ze)洲表示，綜合上述因素，最終確定馮·卡門和(he)克雷地(di)安撞擊坑(keng)分(fen)別作為(wei)主選(xuan)(xuan)擇(ze)(ze)和(he)備(bei)份著(zhu)陸(lu)(lu)區(qu)。

落(luo)月成功后，孫澤洲表示，整個過(guo)程(cheng)完全按照預(yu)想(xiang)(xiang)進行(xing)，著陸非常平(ping)穩，并且著陸位置就是最初設定(ding)的理想(xiang)(xiang)著陸點。

技術創新多亮點

嫦(chang)娥四號(hao)突(tu)(tu)破(po)(po)了一批重(zhong)大(da)關(guan)鍵(jian)(jian)技術(shu)，實現了“七大(da)創新”：實現世(shi)界首次(ci)月(yue)(yue)球背(bei)面軟著陸與(yu)(yu)巡視(shi)探測，突(tu)(tu)破(po)(po)月(yue)(yue)球背(bei)面復雜地(di)(di)形地(di)(di)貌識別、高精度(du)自主著陸控制(zhi)與(yu)(yu)自主避障等(deng)(deng)(deng)技術(shu)；突(tu)(tu)破(po)(po)高增益可展開(kai)天線、地(di)(di)月(yue)(yue)拉(la)格朗日L2點中(zhong)繼(ji)軌道設計(ji)等(deng)(deng)(deng)關(guan)鍵(jian)(jian)技術(shu)；突(tu)(tu)破(po)(po)強背(bei)景(jing)噪聲環境下空(kong)(kong)間低頻電場信號(hao)提取、空(kong)(kong)間低頻電磁波(bo)(bo)高靈敏度(du)接收等(deng)(deng)(deng)技術(shu)；突(tu)(tu)破(po)(po)運載火箭(jian)多(duo)窗口、窄寬(kuan)度(du)軌道設計(ji)，組合導航濾波(bo)(bo)優化，氫氧動力系統加注后推遲(chi)24小時發射等(deng)(deng)(deng)關(guan)鍵(jian)(jian)技術(shu)；突(tu)(tu)破(po)(po)星載激(ji)光(guang)角(jiao)反(fan)射器研(yan)制(zhi)，國際(ji)首次(ci)開(kai)展超(chao)地(di)(di)月(yue)(yue)距(ju)離的(de)反(fan)射式激(ji)光(guang)測距(ju)試驗；突(tu)(tu)破(po)(po)寬(kuan)溫變與(yu)(yu)高真空(kong)(kong)條件下的(de)月(yue)(yue)表微型生(sheng)態圈構造技術(shu)；首次(ci)開(kai)展國際(ji)載荷搭載和聯合探測，完成月(yue)(yue)球中(zhong)子及輻(fu)射劑量、中(zhong)性原子分布等(deng)(deng)(deng)科學探測。

此外，嫦娥四號在(zai)技術上也進行(xing)了(le)創新。

在軌道設計上，嫦娥四號更(geng)為精(jing)細(xi)化。“與嫦娥三號相比，嫦娥四號著(zhu)陸時(shi)可(ke)選擇(ze)的面積有限，因此必須(xu)提高著(zhu)陸精(jing)度。直(zhi)接(jie)手段就是精(jing)細(xi)化軌道設計，能(neng)夠實(shi)現不(bu)同日期(qi)、不(bu)同窗(chuang)口(kou)發射，都(dou)會定時(shi)定點(dian)著(zhu)陸在預想著(zhu)陸區。”孫澤洲說。

在(zai)(zai)著(zhu)陸(lu)(lu)段的(de)制(zhi)(zhi)導(dao)導(dao)航(hang)與控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)方面，孫(sun)澤洲介紹，因(yin)為(wei)嫦娥四號的(de)航(hang)跡中要(yao)經過很多(duo)撞擊(ji)坑、環形山等，因(yin)此(ci)對動(dong)力下(xia)降過程(cheng)的(de)策略和各個分段的(de)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)目標都(dou)進(jin)行了(le)(le)調整，提高(gao)了(le)(le)敏感器的(de)性能。同時(shi)在(zai)(zai)測(ce)控(kong)(kong)(kong)(kong)通信方面做(zuo)了(le)(le)技(ji)術調整，既要(yao)適應對地(di)球的(de)測(ce)控(kong)(kong)(kong)(kong)通信，在(zai)(zai)著(zhu)陸(lu)(lu)過程(cheng)和工(gong)作中還要(yao)和中繼星通信，解(jie)(jie)調技(ji)術由原來(lai)的(de)模擬解(jie)(jie)調變為(wei)數(shu)字解(jie)(jie)調。

最關鍵(jian)的(de)是自(zi)(zi)主能力的(de)提升。在動力下降過程(cheng)中(zhong)，原有的(de)控制系(xi)統故障(zhang)預(yu)案(an)變成自(zi)(zi)主實現；在月面工作期間，可(ke)以自(zi)(zi)主休眠、自(zi)(zi)主喚醒，喚醒后(hou)也(ye)可(ke)以自(zi)(zi)主進入穩定工作狀態。

科學研究開新篇

嫦娥四(si)號軟著(zhu)陸之后開展的科學探測，也將創(chuang)造多(duo)個首次。

吳(wu)偉仁(ren)表示(shi)，嫦娥四號的成功落月(yue)(yue)，表明我們具備了全月(yue)(yue)球到(dao)達(da)的能力(li)，基(ji)本上可(ke)以到(dao)達(da)月(yue)(yue)球任何一個地點。在科學任務方面(mian)，嫦娥四號將進(jin)行月(yue)(yue)球背面(mian)低頻射電天文觀測(ce)與研究，開展月(yue)(yue)球背面(mian)巡視區形(xing)貌、礦(kuang)物組分及(ji)月(yue)(yue)表淺層結構探(tan)測(ce)與研究，試(shi)驗(yan)性開展月(yue)(yue)球背面(mian)中(zhong)子(zi)輻(fu)射劑量、中(zhong)性原子(zi)等月(yue)(yue)球環境探(tan)測(ce)研究。

吳(wu)偉仁解(jie)釋說：“著陸器、巡視器將會(hui)(hui)考察著陸地(di)區的(de)地(di)形地(di)貌(mao)、地(di)質(zhi)構造，我們(men)會(hui)(hui)得到第一張月(yue)(yue)(yue)球地(di)下(xia)的(de)剖面圖(tu)，還會(hui)(hui)探測著陸地(di)區的(de)物(wu)質(zhi)成(cheng)分、月(yue)(yue)(yue)壤組(zu)成(cheng)等。與此同時，還將測出月(yue)(yue)(yue)球背面的(de)準(zhun)確(que)溫度。”

據介紹，月球分(fen)為克里普巖(yan)地體、斜長(chang)高地巖(yan)地體、艾特(te)(te)肯盆地地體，只有艾特(te)(te)肯盆地地體沒有被近距(ju)離巡視探測，具有很高的(de)科研價值。而(er)且月球背面的(de)巖(yan)石更加(jia)古(gu)老，如果能夠獲(huo)取(qu)其物(wu)質成分(fen)信(xin)息，將有助于(yu)科學家(jia)了解月球的(de)化(hua)學成分(fen)演化(hua)過程。

此外，在(zai)(zai)(zai)月球(qiu)背面(mian)(mian)開(kai)展的(de)低頻射(she)電(dian)(dian)天(tian)文觀(guan)(guan)測也備受關注。“月球(qiu)背面(mian)(mian)可以屏蔽電(dian)(dian)磁干擾，能夠填補在(zai)(zai)(zai)地(di)(di)球(qiu)和其他地(di)(di)方無(wu)(wu)法開(kai)展的(de)100KHz—1MHz射(she)電(dian)(dian)天(tian)文觀(guan)(guan)測空白，有可能觀(guan)(guan)察(cha)到(dao)40億年前宇宙早(zao)期爆炸的(de)暗(an)黑地(di)(di)區(qu)的(de)無(wu)(wu)線電(dian)(dian)波，將(jiang)在(zai)(zai)(zai)行星際激波、日冕物質拋射(she)和高能電(dian)(dian)子束產生機理等方面(mian)(mian)取得原(yuan)創性成果(guo)。”孫(sun)澤洲說(shuo)。

深空探測不停步

從嫦娥(e)一號(hao)(hao)拍攝的(de)(de)全月(yue)球影像圖，到嫦娥(e)二號(hao)(hao)首次實現(xian)我國對(dui)小行(xing)星的(de)(de)飛越(yue)探(tan)測，再(zai)到嫦娥(e)三(san)號(hao)(hao)成(cheng)功(gong)實現(xian)落月(yue)夢想、嫦娥(e)四號(hao)(hao)實現(xian)月(yue)球背(bei)面軟著(zhu)陸……探(tan)月(yue)工程(cheng)自2004年啟動以來取(qu)(qu)得(de)一個又一個突破，對(dui)我國月(yue)球及深空探(tan)測乃(nai)至(zhi)航(hang)天事(shi)業的(de)(de)持續發展具(ju)(ju)有重大意義(yi)。這是繼(ji)人(ren)(ren)造(zao)地球衛星、載人(ren)(ren)航(hang)天飛行(xing)取(qu)(qu)得(de)成(cheng)功(gong)之后我國航(hang)天事(shi)業發展的(de)(de)又一座里程(cheng)碑，標志著(zhu)我國已經進入世界具(ju)(ju)有深空探(tan)測能力的(de)(de)國家行(xing)列(lie)。

吳(wu)偉仁表(biao)示，黨的十九大明確了(le)建設航(hang)天強(qiang)國(guo)(guo)(guo)的戰略目標(biao)。我們要爭取(qu)在(zai)2020年躋(ji)身航(hang)天強(qiang)國(guo)(guo)(guo)行列、2030年進(jin)入世(shi)界航(hang)天強(qiang)國(guo)(guo)(guo)前列。未來探(tan)月工程三期還將(jiang)(jiang)實(shi)施兩次采樣(yang)返回(hui)任務，分(fen)別命名為嫦娥五號和嫦娥六號任務，將(jiang)(jiang)首次采用無人月球軌道交會對接(jie)方式實(shi)現(xian)月面自主采樣(yang)返回(hui)。

據(ju)了解，我國未(wei)來還將進行一系列深空探(tan)測工(gong)程重(zhong)大任務，浩瀚宇宙，人類探(tan)索的腳(jiao)步永不(bu)停(ting)歇。（記(ji)者 馮(feng) 華(hua) 版式設(she)計 蔡華(hua)偉(wei)）

【責任編輯：語謙】