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嫦娥四號首降月背難度有多大

2019-01-04 04:21:59 環球時報

本報記者 馬俊

人類第一次!1月3日,中國研制的嫦娥四號探測器成功降落在月球背面,實現了人類歷史上與月球背面的第一次“親密接觸”。據《環球時報》記者了解,之所以月球背面如此人跡罕至,就在于這里的特殊環境讓探測器登陸難度極大增加。相比于六年前嫦娥三號的那次月球正面著陸,嫦娥四號這次堪稱“盲降”。

難在哪里?

3日10時15分,科技人員在北京航天飛行控制中心發出指令,嫦娥四號探測器從距離月面15公里處開始實施動力下降,7500N變推力發動機開機,逐步將探測器的速度從相對月球1.7公里每秒降到零。在6-8公里處,探測器進行快速姿態調整,不斷接近月球;在距月面100米處開始懸停,對障礙物和坡度進行識別,并自主避障;選定相對平坦的區域后,開始緩速垂直下降。約690秒后,嫦娥四號探測器自主著陸在月球背面南極-艾特肯盆地內的馮·卡門撞擊坑內。落月過程中,降落相機拍攝了多張著陸區域影像圖。

據介紹,嫦娥四號首選著陸區為月球南極-艾特肯盆地。與嫦娥三號平坦的虹灣著陸區相比,艾特肯盆地的地形崎嶇得多。相關數據顯示,虹灣著陸區的地形起伏僅800米,而艾特肯盆地的地形起伏達到6000米,而且充滿大大小小的撞擊坑。這就對探測器著陸區的選擇和著陸精度提出更高要求。

嫦娥四號探測器系統總設計師孫澤洲介紹說,嫦娥三號的著陸軌跡是一條拋物線,而為適應這次著陸區域的崎嶇地形,嫦娥四號采取了近乎垂直的著陸軌跡,以準確測量自身所處的高度。

嫦娥四號這次任務的另一大難點是著陸區在月球背面,使探測器無法同地球直接通信,必須通過中繼星“鵲橋”進行中繼。尤其是在下降過程中,著陸器也不能對地直接通信,只能通過中繼星進行操作。所有信息傳輸都需要在“鵲橋”的中轉下完成,無疑極大增加了落月任務的風險。

據介紹,這個中轉過程會產生60秒左右的時間差,而整個落月過程僅有600秒左右,落月速度又十分快,如果通過地面人工干預的方式讓嫦娥四號安全落月,那么等地面指令發送過去,它的狀態已經跟指令發出時完全不同了。因此嫦娥四號只能通過提前輸入的落月信息,在測距測速等設備的幫助下自主導航落月。對地面人員來說,這個過程近乎“盲降”。為防止在最緊張、不可逆的月球背面著陸過程中“鵲橋”出現問題影響數據上傳,這次特意設計了延時數據注入功能,就是提前把要注入著陸器計算機的數據發送到著陸器上的某個地方暫存,這個數據包帶有時間標簽,待到著陸器上的時間和該標簽相同時,數據便自動注入。

為何要去月球背面

既然降落在月球背面的難度如此之大,那為什么嫦娥四號還要去呢?由于月球自轉周期和公轉周期相等,加上被地球潮汐鎖定,地球強大的引力讓月球總是一面朝向地球,所以我們在地球上只能看見月球的正面,而背面永遠看不見。各種月球探測器拍攝的月球照片顯示,月球背面這張“面孔”并不漂亮,是一張“麻子臉”,隕石坑數量比月球正面要多得多,放眼望去隨處可見,密密麻麻。月背的“皺紋”也多,布滿溝壑、峽谷和懸崖,而月球正面相對平坦的地方比較多。此外,月球背面還是個“厚臉皮”,它的月殼從整體來講比正面要厚。究竟是什么原因導致月殼厚度不一樣,眾說紛紜,是天文學界的一個未解之謎。

中科院月球與深空探測總體部主任鄒永廖介紹說,從上世紀50年代,發射到月球的探測器,有100多次。但從著陸就位探測來說,月球背面一次都沒有。因此嫦娥四號的這次降落,將開創人類歷史的第一次。

嫦娥四號在月球背面降落,還有更多科學目的。據介紹,月球分為三大地體,即克里普巖地體、斜長高地巖地體、艾特肯盆地地體。前兩個地體,美國、前蘇聯都著陸巡視探測過,只有艾特肯盆地地體沒有近距離就位探測過,因此這塊區域目前就近距離巡視探測而言,屬于處女地,在科學上會有很多新發現。

到月球背面還有一個非常重要的原因,即開展低頻射電天文觀測,這一目標應該說天文學家夢寐以求,可以填補射電天文領域在低頻觀測段的空白。由于屏蔽作用,在地面上無法開展低頻射電的觀測。而地球磁環境的影響,使月球正面開展低頻射電觀測效果也不夠好。恰恰由于月球背面的磁環境非常干凈,沒有來自地球的無線電波干擾,是進行射電天文觀測的最佳場所,如果能利用這一自然地形架設天文望遠鏡,就好像把“天文臺”搬到了月球背面。

定了!嫦娥四號月球車叫“玉兔二號”

《環球時報》記者從國家航天局獲悉,嫦娥四號任務月球車全球征名活動于3日揭曉,月球車命名為“玉兔二號”。3日10時26分嫦娥四號成功著陸月球背面,隨即著陸器與巡視器分離,開始就位探測和巡視探測。

嫦娥四號著陸器與巡視器順利分離后,“玉兔二號”駛抵月球表面。著陸器上監視相機拍攝的“玉兔二號”在月背留下第一道痕跡的影像圖,通過中繼衛星順利傳回地面。

據介紹,嫦娥四號由著陸器和巡視器組成,共配置包括兩臺國際合作載荷在內的8臺有效載荷,其中著陸器上安裝了地形地貌相機、降落相機、低頻射電頻譜儀、與德國合作的月表中子及輻射劑量探測儀等4臺載荷;巡視器上安裝了全景相機、測月雷達、紅外成像光譜儀和與瑞典合作的中性原子探測儀。嫦娥四號搭載的這些先進科學儀器將在月球背面通過就位和巡視探測,開展一系列研究。▲

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