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這一刻，注定(ding)要在人(ren)類(lei)的太空探索史上留下(xia)濃墨重(zhong)彩的一筆。3日，飛行約(yue)40萬公里(li)之后，嫦(chang)娥四號探測器成功降(jiang)落于月(yue)(yue)球(qiu)背(bei)面東經177.6度、南緯45.5度附近的預選著陸區，實(shi)現了人(ren)類(lei)探測器首(shou)次月(yue)(yue)球(qiu)背(bei)面軟著陸和首(shou)次月(yue)(yue)背(bei)與地球(qiu)的中繼(ji)通信，開(kai)啟了月(yue)(yue)球(qiu)探測的新篇章。

“嫦娥(e)(e)(e)四(si)號(hao)原來是嫦娥(e)(e)(e)三號(hao)的備份星，三號(hao)成功后備份轉正份，那么第二次著(zhu)陸(lu)要選擇哪(na)里？我(wo)們認為應該賦予四(si)號(hao)更(geng)強的生命力和(he)更(geng)多功能。從(cong)上(shang)世(shi)紀50年代開始，發(fa)射到月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)的探測器(qi)(qi)和(he)軌道器(qi)(qi)已(yi)經有100多個(ge)，但(dan)都是對(dui)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)正面(mian)(mian)的探測，至今沒有任何(he)一(yi)個(ge)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)探測器(qi)(qi)能夠實現在月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)背面(mian)(mian)軟著(zhu)陸(lu)。因此，經過反(fan)復論證，最終確定了(le)嫦娥(e)(e)(e)四(si)號(hao)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)背面(mian)(mian)軟著(zhu)陸(lu)和(he)巡(xun)視探測的總(zong)體方(fang)案。”中(zhong)國探月(yue)(yue)工程(cheng)總(zong)設計師(shi)、中(zhong)國工程(cheng)院院士吳偉(wei)仁(ren)解釋(shi)了(le)嫦娥(e)(e)(e)四(si)號(hao)任務的由來。

中(zhong)(zhong)國航天科技集團五(wu)院嫦娥四(si)(si)號探測器(qi)系統總設計(ji)師(shi)孫澤(ze)洲說，嫦娥四(si)(si)號任(ren)務實(shi)際上是“兩器(qi)一(yi)星(xing)”，包括了著陸器(qi)、巡視(shi)器(qi)和“鵲橋”中(zhong)(zhong)繼(ji)星(xing)，其(qi)中(zhong)(zhong)先期發射的中(zhong)(zhong)繼(ji)星(xing)就(jiu)是為(wei)了實(shi)現對地、對月的中(zhong)(zhong)繼(ji)通信，而巡視(shi)器(qi)更多(duo)地被人們(men)稱為(wei)“月球車”。

月背任務克三難

由于月球(qiu)(qiu)(qiu)繞地球(qiu)(qiu)(qiu)公(gong)轉的周(zhou)(zhou)期(qi)與(yu)月球(qiu)(qiu)(qiu)自轉的周(zhou)(zhou)期(qi)相同，所以月球(qiu)(qiu)(qiu)總(zong)有一(yi)面(mian)背(bei)(bei)(bei)對著(zhu)地球(qiu)(qiu)(qiu)，這一(yi)面(mian)被稱為(wei)(wei)月球(qiu)(qiu)(qiu)背(bei)(bei)(bei)面(mian)。正因為(wei)(wei)背(bei)(bei)(bei)對地球(qiu)(qiu)(qiu)，要在(zai)月球(qiu)(qiu)(qiu)背(bei)(bei)(bei)面(mian)實現軟著(zhu)陸(lu)，探測(ce)器與(yu)地球(qiu)(qiu)(qiu)的測(ce)控通信和數據(ju)傳輸(shu)成為(wei)(wei)首先(xian)要解(jie)決的難(nan)題(ti)(ti)。此(ci)外，月球(qiu)(qiu)(qiu)背(bei)(bei)(bei)面(mian)并不(bu)像正面(mian)那(nei)樣平坦(tan)，著(zhu)陸(lu)區的選擇及(ji)精準著(zhu)陸(lu)也(ye)是難(nan)題(ti)(ti)。

在兩位總設計師看來，嫦娥四號(hao)任(ren)務的(de)技術(shu)難點主要體現在3個方面。

首先是地月L2點軌(gui)道的精確設計與控(kong)制，要使中繼星穩定運(yun)行在L2點的軌(gui)道上。

其次是地(di)月(yue)(yue)L2點(dian)遠距(ju)(ju)離(li)的(de)(de)數據中繼(ji)。“選(xuan)擇L2點(dian)有很多(duo)好(hao)處(chu)，但也(ye)有不足之處(chu)，那就是距(ju)(ju)離(li)月(yue)(yue)球7.9萬(wan)(wan)公里(li)(li)、距(ju)(ju)離(li)地(di)球4萬(wan)(wan)公里(li)(li)，遙(yao)遠的(de)(de)距(ju)(ju)離(li)讓(rang)信(xin)號衰減的(de)(de)問題更棘(ji)手。地(di)月(yue)(yue)之間通信(xin)、探測器的(de)(de)狀態控制等，都要靠中繼(ji)星來保(bao)障，還(huan)要考慮到通信(xin)時(shi)間、測控時(shi)間的(de)(de)延遲(chi)，因此，中繼(ji)星的(de)(de)精準可靠至(zhi)關(guan)重要。”孫澤洲解釋說。

第三是復雜地(di)(di)形(xing)的(de)(de)安(an)全著(zhu)陸(lu)(lu)。吳偉仁打(da)了個比方：“月(yue)球正面(mian)就相(xiang)當(dang)于我(wo)國(guo)的(de)(de)大(da)平(ping)原(yuan)，地(di)(di)勢平(ping)坦；但(dan)背(bei)(bei)面(mian)就有點(dian)像(xiang)我(wo)國(guo)的(de)(de)西(xi)南山(shan)區，到(dao)處都是高山(shan)和撞擊(ji)坑，月(yue)背(bei)(bei)可供選擇(ze)的(de)(de)著(zhu)陸(lu)(lu)區范圍只(zhi)有正面(mian)的(de)(de)1/8。嫦娥(e)三號著(zhu)陸(lu)(lu)時(shi)可供選擇(ze)的(de)(de)區域范圍長約300公(gong)里、寬約90公(gong)里，而嫦娥(e)四(si)號只(zhi)能在(zai)有限的(de)(de)相(xiang)對大(da)的(de)(de)撞擊(ji)坑里尋(xun)找相(xiang)對平(ping)坦的(de)(de)位置作為著(zhu)陸(lu)(lu)區，選擇(ze)范圍長寬各十幾公(gong)里。此(ci)外，嫦娥(e)三號當(dang)時(shi)是斜(xie)著(zhu)降落的(de)(de)，嫦娥(e)四(si)號如果也是斜(xie)著(zhu)下(xia)來就要撞山(shan)了。在(zai)復雜的(de)(de)地(di)(di)形(xing)下(xia)，嫦娥(e)四(si)號要近乎垂直降落，著(zhu)陸(lu)(lu)時(shi)間(jian)短(duan)、航程短(duan)，風險確(que)實比較(jiao)大(da)。”

精準落月有妙招

孫澤洲介紹，此次嫦娥(e)四(si)(si)號(hao)的落月(yue)(yue)可以說是(shi)“正中(zhong)靶心(xin)”，嫦娥(e)四(si)(si)號(hao)全(quan)自主動力下降，通(tong)過慣(guan)性導航及(ji)與月(yue)(yue)面(mian)相對測量(liang)導航，按照既(ji)定制導率實現月(yue)(yue)球(qiu)背面(mian)軟著陸。

與嫦(chang)娥(e)三號(hao)相(xiang)似，嫦(chang)娥(e)四號(hao)探(tan)測器也經(jing)歷了點火準備、主減速(su)段(duan)、快速(su)調(diao)整段(duan)、接近段(duan)、懸停(ting)段(duan)、避障(zhang)段(duan)以及(ji)緩速(su)下(xia)降段(duan)等動力下(xia)降過(guo)程，實現從距離月(yue)面(mian)15公(gong)里(li)高度安(an)全(quan)下(xia)降至(zhi)月(yue)球(qiu)表面(mian)的軟著(zhu)(zhu)陸(lu)。全(quan)過(guo)程用時(shi)約690秒。不同之(zhi)(zhi)處在(zai)于，嫦(chang)娥(e)四號(hao)在(zai)15公(gong)里(li)到(dao)8公(gong)里(li)高度為(wei)傾斜下(xia)降，8公(gong)里(li)之(zhi)(zhi)后就改(gai)為(wei)垂(chui)直向下(xia)，引入相(xiang)對于月(yue)面(mian)的測量(liang)導航。孫(sun)澤(ze)洲解釋：“這樣(yang)就可以克服(fu)著(zhu)(zhu)陸(lu)區周邊(bian)地(di)形起伏的問題。”

為了增(zeng)加著陸的安全(quan)性，嫦(chang)娥(e)(e)四號(hao)(hao)探測器會(hui)通過接(jie)力避(bi)障(zhang)的方式。下降(jiang)至(zhi)2公里左右，探測器會(hui)做(zuo)一次(ci)光學的初避(bi)障(zhang)，主(zhu)要識(shi)別大障(zhang)礙(ai)。下降(jiang)至(zhi)100米(mi)左右，探測器會(hui)做(zuo)一個懸停，利用激光敏感器實現精避(bi)障(zhang)，識(shi)別0.2米(mi)障(zhang)礙(ai)、坡度等(deng)，通過地形(xing)的最優識(shi)別方法找(zhao)到安全(quan)區(qu)域(yu)降(jiang)落。嫦(chang)娥(e)(e)四號(hao)(hao)的自主(zhu)能力有很大提升，“如果找(zhao)不到安全(quan)區(qu)域(yu)，嫦(chang)娥(e)(e)四號(hao)(hao)會(hui)選擇相對次(ci)優的區(qu)域(yu)，還可以做(zuo)水平機動調整(zheng)。”

著陸地點費思量

嫦(chang)娥四號(hao)的首選(xuan)著陸地點(dian)，是位于月球背面南極—艾特肯盆地中部的馮·卡門撞(zhuang)擊坑。為什么(me)選(xuan)擇這里(li)？

孫澤洲解(jie)釋說，月面不同緯(wei)(wei)度所(suo)面臨的(de)熱控(kong)和能源設計是(shi)相(xiang)互約(yue)束、相(xiang)對(dui)矛盾的(de)。如(ru)果降落(luo)到低緯(wei)(wei)度地(di)區(qu)，光照條件(jian)好、能源獲得充足，但(dan)對(dui)于熱控(kong)是(shi)巨大(da)的(de)挑戰；如(ru)果降落(luo)在(zai)高緯(wei)(wei)度地(di)區(qu)，熱控(kong)壓力大(da)大(da)減(jian)少，但(dan)太陽(yang)能獲取(qu)又受到影響。綜合考慮多(duo)種因素，嫦娥三號按(an)照中(zhong)高緯(wei)(wei)度降落(luo)來進(jin)行(xing)設計，嫦娥四號在(zai)月球背面著陸的(de)緯(wei)(wei)度也確(que)定在(zai)40度—50度的(de)范圍內。

此(ci)外，探測器(qi)與中(zhong)繼星L2點的(de)(de)通信問題也(ye)是(shi)考(kao)慮因素之(zhi)一(yi)。“如果探測器(qi)仰角(jiao)太低，勢必更容易(yi)受(shou)到(dao)周(zhou)圍(wei)(wei)山地的(de)(de)影響(xiang)。我(wo)們希望探測器(qi)能(neng)夠(gou)高仰角(jiao)對中(zhong)繼星通信，這(zhe)樣一(yi)來，經度也(ye)大致(zhi)確(que)定了，大的(de)(de)區域范圍(wei)(wei)就出現(xian)了。同時(shi)還要選擇相對大一(yi)些、平坦(tan)一(yi)些的(de)(de)撞擊坑，就確(que)定了艾特肯盆地。”

艾特(te)肯(ken)盆地是(shi)目前發現的(de)(de)(de)太陽系(xi)固體天體中(zhong)最大最深的(de)(de)(de)盆地，直徑大約2500公(gong)里，深度約12公(gong)里，90%的(de)(de)(de)面(mian)積都分布在(zai)月球背面(mian)。“盆地確定后，還要篩選(xuan)出有特(te)點的(de)(de)(de)撞擊(ji)坑(keng)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)著(zhu)陸(lu)地點。同時(shi)考(kao)慮到備(bei)(bei)份(fen)窗(chuang)口的(de)(de)(de)問題，選(xuan)擇(ze)的(de)(de)(de)著(zhu)陸(lu)點附近要有相鄰的(de)(de)(de)、條件合適的(de)(de)(de)撞擊(ji)坑(keng)。如(ru)果(guo)頭一天的(de)(de)(de)發射窗(chuang)口沒能(neng)如(ru)期發射，要在(zai)第(di)二天發射，那么就要選(xuan)擇(ze)相鄰經度13度左右的(de)(de)(de)撞擊(ji)坑(keng)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)備(bei)(bei)選(xuan)著(zhu)陸(lu)區(qu)。”孫澤洲(zhou)表示，綜合上述因素(su)，最終確定馮·卡門和(he)克(ke)雷地安撞擊(ji)坑(keng)分別作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)主選(xuan)擇(ze)和(he)備(bei)(bei)份(fen)著(zhu)陸(lu)區(qu)。

落月成功(gong)后，孫(sun)澤洲表示，整個(ge)過程完全按照預想進行，著陸非常平穩，并(bing)且著陸位置就是最初設定的(de)理想著陸點。

技術創新多亮點

嫦娥四號突(tu)破了一批(pi)重大關鍵(jian)技(ji)(ji)(ji)術(shu)，實現了“七大創新”：實現世界首(shou)次(ci)(ci)月(yue)(yue)(yue)球(qiu)背(bei)面軟著(zhu)陸與(yu)(yu)巡視探測(ce)(ce)，突(tu)破月(yue)(yue)(yue)球(qiu)背(bei)面復雜地(di)(di)形地(di)(di)貌(mao)識別、高(gao)精度(du)自(zi)主著(zhu)陸控制與(yu)(yu)自(zi)主避障等技(ji)(ji)(ji)術(shu)；突(tu)破高(gao)增益可展(zhan)開天線、地(di)(di)月(yue)(yue)(yue)拉格(ge)朗日L2點中(zhong)繼軌道設計等關鍵(jian)技(ji)(ji)(ji)術(shu)；突(tu)破強背(bei)景噪聲環(huan)境下空(kong)間(jian)低頻(pin)(pin)電場信(xin)號提取(qu)、空(kong)間(jian)低頻(pin)(pin)電磁波高(gao)靈(ling)敏度(du)接收等技(ji)(ji)(ji)術(shu)；突(tu)破運載火箭多窗口、窄寬度(du)軌道設計，組合(he)導航濾(lv)波優化，氫氧動(dong)力系統加(jia)注后推遲(chi)24小時發射等關鍵(jian)技(ji)(ji)(ji)術(shu)；突(tu)破星(xing)載激光角反(fan)射器研制，國際(ji)首(shou)次(ci)(ci)開展(zhan)超地(di)(di)月(yue)(yue)(yue)距離(li)的反(fan)射式激光測(ce)(ce)距試(shi)驗(yan)；突(tu)破寬溫變與(yu)(yu)高(gao)真空(kong)條件(jian)下的月(yue)(yue)(yue)表微型生態圈(quan)構造技(ji)(ji)(ji)術(shu)；首(shou)次(ci)(ci)開展(zhan)國際(ji)載荷搭(da)載和聯合(he)探測(ce)(ce)，完成月(yue)(yue)(yue)球(qiu)中(zhong)子(zi)(zi)及輻射劑(ji)量、中(zhong)性原子(zi)(zi)分(fen)布等科學(xue)探測(ce)(ce)。

此(ci)外，嫦娥四號在(zai)技術上也進行了(le)創新。

在軌(gui)道(dao)設(she)計上，嫦(chang)娥四號更(geng)為精細(xi)化。“與嫦(chang)娥三號相(xiang)比，嫦(chang)娥四號著(zhu)陸時(shi)可選擇的面積有限(xian)，因此必須提高著(zhu)陸精度。直接(jie)手段就是精細(xi)化軌(gui)道(dao)設(she)計，能夠實現不同日(ri)期、不同窗口發射，都會定時(shi)定點著(zhu)陸在預(yu)想著(zhu)陸區。”孫澤洲(zhou)說。

在著(zhu)陸段(duan)的制導(dao)導(dao)航(hang)與控(kong)(kong)制方(fang)面(mian)，孫澤洲介紹，因為嫦(chang)娥四號的航(hang)跡中要(yao)經過(guo)很多撞擊坑、環形山等(deng)，因此對(dui)動力(li)下降過(guo)程(cheng)的策略和各個分段(duan)的控(kong)(kong)制目(mu)標都進行了調(diao)整，提高(gao)了敏感器的性(xing)能。同時在測控(kong)(kong)通(tong)信方(fang)面(mian)做了技術調(diao)整，既要(yao)適(shi)應對(dui)地球的測控(kong)(kong)通(tong)信，在著(zhu)陸過(guo)程(cheng)和工作中還要(yao)和中繼星通(tong)信，解調(diao)技術由(you)原來的模(mo)擬解調(diao)變為數(shu)字解調(diao)。

最關鍵(jian)的(de)是自(zi)主能力的(de)提升。在(zai)動力下(xia)降過(guo)程中(zhong)，原有的(de)控制(zhi)系(xi)統故障預案變成自(zi)主實現；在(zai)月(yue)面工作期間，可以(yi)自(zi)主休眠、自(zi)主喚醒(xing)，喚醒(xing)后也(ye)可以(yi)自(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(zhi)后開(kai)展的(de)科學探測，也將創造多(duo)個首次。

吳偉(wei)仁表(biao)(biao)示，嫦娥四號(hao)的(de)成功落月(yue)(yue)(yue)，表(biao)(biao)明我們具備了全(quan)月(yue)(yue)(yue)球(qiu)到(dao)達的(de)能(neng)力(li)，基本上可以到(dao)達月(yue)(yue)(yue)球(qiu)任何(he)一個地(di)點。在科學任務方面(mian)，嫦娥四號(hao)將進(jin)行(xing)月(yue)(yue)(yue)球(qiu)背(bei)面(mian)低頻射電天文(wen)觀測與(yu)研究(jiu)，開(kai)展月(yue)(yue)(yue)球(qiu)背(bei)面(mian)巡(xun)視區形貌、礦(kuang)物組分及月(yue)(yue)(yue)表(biao)(biao)淺(qian)層結構探(tan)測與(yu)研究(jiu)，試驗性開(kai)展月(yue)(yue)(yue)球(qiu)背(bei)面(mian)中(zhong)子輻射劑量、中(zhong)性原子等月(yue)(yue)(yue)球(qiu)環(huan)境(jing)探(tan)測研究(jiu)。

吳偉仁解釋說：“著陸(lu)器、巡視(shi)器將會考察著陸(lu)地(di)(di)區的(de)地(di)(di)形地(di)(di)貌、地(di)(di)質構造，我們會得到(dao)第一張月球地(di)(di)下(xia)的(de)剖面(mian)圖，還會探測(ce)著陸(lu)地(di)(di)區的(de)物(wu)質成(cheng)分(fen)、月壤(rang)組成(cheng)等。與此同時，還將測(ce)出月球背(bei)面(mian)的(de)準確溫(wen)度(du)。”

據介紹，月球分為克(ke)里(li)普巖(yan)地(di)(di)體、斜長高(gao)(gao)地(di)(di)巖(yan)地(di)(di)體、艾(ai)特(te)肯(ken)盆(pen)地(di)(di)地(di)(di)體，只有(you)(you)艾(ai)特(te)肯(ken)盆(pen)地(di)(di)地(di)(di)體沒有(you)(you)被(bei)近距離(li)巡視探測，具(ju)有(you)(you)很高(gao)(gao)的科研價值(zhi)。而且月球背面的巖(yan)石更加古(gu)老，如果能夠獲取其(qi)物質(zhi)成分信息，將有(you)(you)助于科學家了解(jie)月球的化學成分演化過程。

此(ci)外，在(zai)月球背(bei)(bei)面開展的(de)低(di)頻射電(dian)(dian)(dian)天文(wen)(wen)觀測也(ye)備受關(guan)注。“月球背(bei)(bei)面可以屏蔽電(dian)(dian)(dian)磁干(gan)擾，能(neng)(neng)夠(gou)填補在(zai)地球和其他地方無法開展的(de)100KHz—1MHz射電(dian)(dian)(dian)天文(wen)(wen)觀測空(kong)白，有可能(neng)(neng)觀察到(dao)40億年前宇宙早期爆炸的(de)暗黑(hei)地區的(de)無線電(dian)(dian)(dian)波，將(jiang)在(zai)行星(xing)際激波、日冕物(wu)質拋射和高能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)子束產生機理等方面取得(de)原創性成果。”孫(sun)澤洲說。

深空探測不停步

從嫦(chang)(chang)娥(e)(e)一號拍攝的(de)(de)全月(yue)球(qiu)(qiu)影像(xiang)圖，到嫦(chang)(chang)娥(e)(e)二號首次實(shi)現(xian)我(wo)國(guo)對小行星的(de)(de)飛(fei)越探(tan)測(ce)，再(zai)到嫦(chang)(chang)娥(e)(e)三號成功實(shi)現(xian)落(luo)月(yue)夢想、嫦(chang)(chang)娥(e)(e)四號實(shi)現(xian)月(yue)球(qiu)(qiu)背(bei)面軟著陸……探(tan)月(yue)工程自2004年啟動以(yi)來取得(de)(de)一個又(you)一個突破，對我(wo)國(guo)月(yue)球(qiu)(qiu)及深空探(tan)測(ce)乃至航天事業(ye)的(de)(de)持續(xu)發展具(ju)有重(zhong)大意(yi)義。這(zhe)是繼人造地球(qiu)(qiu)衛星、載(zai)人航天飛(fei)行取得(de)(de)成功之(zhi)后我(wo)國(guo)航天事業(ye)發展的(de)(de)又(you)一座(zuo)里(li)程碑，標志著我(wo)國(guo)已經進入(ru)世界(jie)具(ju)有深空探(tan)測(ce)能(neng)力的(de)(de)國(guo)家(jia)行列(lie)。

吳偉(wei)仁表示(shi)，黨(dang)的(de)十九大明確了建設航(hang)天(tian)強國(guo)的(de)戰略目標。我(wo)們要爭(zheng)取在(zai)2020年躋身航(hang)天(tian)強國(guo)行列、2030年進入世界航(hang)天(tian)強國(guo)前列。未來探月(yue)工程三期還將(jiang)實施兩(liang)次(ci)采(cai)樣(yang)返(fan)回(hui)任務，分別(bie)命名為嫦(chang)娥五號和嫦(chang)娥六號任務，將(jiang)首次(ci)采(cai)用無人月(yue)球軌道(dao)交會對接方式實現月(yue)面自主采(cai)樣(yang)返(fan)回(hui)。

據(ju)了解，我國未來還將進行一系列深空(kong)探(tan)測工程重大(da)任務，浩瀚宇宙，人類探(tan)索的腳步(bu)永(yong)不停歇。（記者 馮 華(hua) 版(ban)式(shi)設計 蔡華(hua)偉）

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