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這一刻，注定要在(zai)人(ren)類(lei)的(de)(de)太空探(tan)索史上留下濃墨(mo)重彩的(de)(de)一筆。3日，飛行(xing)約(yue)40萬(wan)公里之后(hou)，嫦娥四號探(tan)測(ce)(ce)器成功(gong)降落于月(yue)球(qiu)(qiu)背(bei)面東經177.6度(du)、南(nan)緯45.5度(du)附近的(de)(de)預選著陸區，實現(xian)了人(ren)類(lei)探(tan)測(ce)(ce)器首次月(yue)球(qiu)(qiu)背(bei)面軟著陸和首次月(yue)背(bei)與地球(qiu)(qiu)的(de)(de)中繼通(tong)信，開啟了月(yue)球(qiu)(qiu)探(tan)測(ce)(ce)的(de)(de)新篇章。

“嫦(chang)(chang)娥四號(hao)(hao)原來是嫦(chang)(chang)娥三(san)號(hao)(hao)的(de)(de)(de)備(bei)份星，三(san)號(hao)(hao)成功(gong)后備(bei)份轉正(zheng)份，那么第二(er)次著(zhu)陸(lu)要選擇哪里(li)？我們認為應該賦予四號(hao)(hao)更強(qiang)的(de)(de)(de)生(sheng)命力和更多(duo)功(gong)能。從上世紀(ji)50年代開始，發射到(dao)月(yue)球的(de)(de)(de)探(tan)測(ce)(ce)(ce)器和軌道器已(yi)經有100多(duo)個(ge)，但都是對月(yue)球正(zheng)面的(de)(de)(de)探(tan)測(ce)(ce)(ce)，至今沒(mei)有任(ren)何(he)一個(ge)月(yue)球探(tan)測(ce)(ce)(ce)器能夠實現(xian)在月(yue)球背(bei)面軟(ruan)著(zhu)陸(lu)。因此，經過反(fan)復(fu)論證(zheng)，最(zui)終確(que)定了(le)嫦(chang)(chang)娥四號(hao)(hao)月(yue)球背(bei)面軟(ruan)著(zhu)陸(lu)和巡視探(tan)測(ce)(ce)(ce)的(de)(de)(de)總體方(fang)案。”中(zhong)國探(tan)月(yue)工(gong)(gong)程總設計師、中(zhong)國工(gong)(gong)程院(yuan)院(yuan)士吳(wu)偉(wei)仁解釋了(le)嫦(chang)(chang)娥四號(hao)(hao)任(ren)務的(de)(de)(de)由(you)來。

中(zhong)國航天(tian)科技集團(tuan)五院嫦娥(e)四(si)號探測器(qi)系統總設計師孫澤洲說(shuo)，嫦娥(e)四(si)號任務(wu)實際上是“兩器(qi)一星(xing)”，包括了(le)著陸器(qi)、巡(xun)視器(qi)和“鵲橋”中(zhong)繼星(xing)，其(qi)中(zhong)先(xian)期(qi)發射的(de)中(zhong)繼星(xing)就是為了(le)實現對地、對月的(de)中(zhong)繼通信，而巡(xun)視器(qi)更多地被人們(men)稱為“月球車”。

月背任務克三難

由于月球(qiu)繞(rao)地球(qiu)公轉的(de)(de)(de)周期(qi)與月球(qiu)自轉的(de)(de)(de)周期(qi)相同，所以月球(qiu)總有一(yi)面(mian)(mian)背(bei)對著(zhu)地球(qiu)，這一(yi)面(mian)(mian)被稱(cheng)為月球(qiu)背(bei)面(mian)(mian)。正因為背(bei)對地球(qiu)，要在月球(qiu)背(bei)面(mian)(mian)實現軟著(zhu)陸(lu)(lu)，探測(ce)器與地球(qiu)的(de)(de)(de)測(ce)控通信和數(shu)據傳輸成為首先要解決的(de)(de)(de)難題(ti)。此外，月球(qiu)背(bei)面(mian)(mian)并不像(xiang)正面(mian)(mian)那樣平(ping)坦，著(zhu)陸(lu)(lu)區(qu)的(de)(de)(de)選擇及精準(zhun)著(zhu)陸(lu)(lu)也是難題(ti)。

在(zai)兩位總設計師看(kan)來，嫦(chang)娥四號任務的(de)技術難點主要體現在(zai)3個方(fang)面。

首先是地(di)月L2點軌(gui)道的(de)精確設計與(yu)控(kong)制，要使中繼星穩定(ding)運(yun)行在L2點的(de)軌(gui)道上。

其次是地(di)(di)月(yue)L2點遠距離(li)的數(shu)據(ju)中(zhong)繼(ji)。“選擇(ze)L2點有很多好處(chu)，但也有不足之處(chu)，那(nei)就是距離(li)月(yue)球7.9萬公里、距離(li)地(di)(di)球4萬公里，遙(yao)遠的距離(li)讓信(xin)號(hao)衰減的問題更棘(ji)手。地(di)(di)月(yue)之間通(tong)信(xin)、探測器的狀態控制等，都要靠中(zhong)繼(ji)星來保障(zhang)，還要考慮到通(tong)信(xin)時間、測控時間的延遲(chi)，因此，中(zhong)繼(ji)星的精準可(ke)靠至關重(zhong)要。”孫(sun)澤洲解釋(shi)說(shuo)。

第三是(shi)(shi)復(fu)雜(za)地形(xing)的(de)(de)安全著(zhu)陸(lu)(lu)。吳偉仁打了(le)個比方：“月球正面(mian)就相當(dang)于我國(guo)的(de)(de)大平原，地勢(shi)平坦；但背面(mian)就有點像我國(guo)的(de)(de)西南山區(qu)，到處都是(shi)(shi)高(gao)山和撞(zhuang)擊(ji)坑(keng)，月背可供選(xuan)(xuan)擇的(de)(de)著(zhu)陸(lu)(lu)區(qu)范(fan)圍(wei)只有正面(mian)的(de)(de)1/8。嫦(chang)(chang)娥(e)(e)(e)三號(hao)著(zhu)陸(lu)(lu)時(shi)可供選(xuan)(xuan)擇的(de)(de)區(qu)域范(fan)圍(wei)長約(yue)300公(gong)(gong)里、寬(kuan)約(yue)90公(gong)(gong)里，而嫦(chang)(chang)娥(e)(e)(e)四號(hao)只能在有限的(de)(de)相對大的(de)(de)撞(zhuang)擊(ji)坑(keng)里尋找相對平坦的(de)(de)位(wei)置作(zuo)為著(zhu)陸(lu)(lu)區(qu)，選(xuan)(xuan)擇范(fan)圍(wei)長寬(kuan)各(ge)十幾公(gong)(gong)里。此外，嫦(chang)(chang)娥(e)(e)(e)三號(hao)當(dang)時(shi)是(shi)(shi)斜著(zhu)降落的(de)(de)，嫦(chang)(chang)娥(e)(e)(e)四號(hao)如果也是(shi)(shi)斜著(zhu)下(xia)來就要撞(zhuang)山了(le)。在復(fu)雜(za)的(de)(de)地形(xing)下(xia)，嫦(chang)(chang)娥(e)(e)(e)四號(hao)要近乎(hu)垂直降落，著(zhu)陸(lu)(lu)時(shi)間(jian)短、航程(cheng)短，風(feng)險確實比較(jiao)大。”

精準落月有妙招

孫澤(ze)洲介紹(shao)，此次嫦娥(e)四號(hao)的落(luo)月可(ke)以(yi)說是(shi)“正中靶心(xin)”，嫦娥(e)四號(hao)全自主動力下降，通過慣(guan)性(xing)導航(hang)及與月面相對測量導航(hang)，按照(zhao)既定制導率實現(xian)月球背面軟著陸。

與(yu)嫦娥(e)三號(hao)(hao)相似，嫦娥(e)四號(hao)(hao)探(tan)測器也經歷了點火準備、主減速(su)(su)段(duan)、快(kuai)速(su)(su)調整段(duan)、接(jie)近段(duan)、懸停(ting)段(duan)、避障段(duan)以(yi)及緩速(su)(su)下降(jiang)(jiang)段(duan)等動力(li)下降(jiang)(jiang)過(guo)(guo)程(cheng)，實現從(cong)距離月(yue)面15公里(li)高度安全(quan)下降(jiang)(jiang)至月(yue)球表面的軟著陸。全(quan)過(guo)(guo)程(cheng)用時約690秒(miao)。不同之(zhi)(zhi)處在于，嫦娥(e)四號(hao)(hao)在15公里(li)到8公里(li)高度為傾(qing)斜下降(jiang)(jiang)，8公里(li)之(zhi)(zhi)后就改(gai)為垂直向下，引(yin)入相對于月(yue)面的測量導(dao)航。孫澤洲(zhou)解釋：“這(zhe)樣就可(ke)以(yi)克服著陸區周(zhou)邊地(di)形(xing)起伏的問題。”

為了增加(jia)著陸的(de)安全性，嫦(chang)娥四號探測(ce)器會通(tong)過(guo)接(jie)力(li)(li)避(bi)障(zhang)(zhang)的(de)方(fang)(fang)式。下(xia)降至(zhi)2公里左(zuo)右，探測(ce)器會做一次光學的(de)初避(bi)障(zhang)(zhang)，主(zhu)要識(shi)別(bie)大(da)障(zhang)(zhang)礙。下(xia)降至(zhi)100米左(zuo)右，探測(ce)器會做一個懸停，利用(yong)激光敏感器實現精(jing)避(bi)障(zhang)(zhang)，識(shi)別(bie)0.2米障(zhang)(zhang)礙、坡度等，通(tong)過(guo)地形的(de)最優(you)識(shi)別(bie)方(fang)(fang)法找(zhao)到安全區(qu)域(yu)降落。嫦(chang)娥四號的(de)自主(zhu)能力(li)(li)有很大(da)提升，“如果找(zhao)不到安全區(qu)域(yu)，嫦(chang)娥四號會選擇(ze)相(xiang)對(dui)次優(you)的(de)區(qu)域(yu)，還可以做水平(ping)機動調(diao)整(zheng)。”

著陸地點費思量

嫦娥四(si)號的首選(xuan)著陸地(di)點，是位于月球背面南極—艾特肯盆地(di)中部的馮·卡(ka)門撞擊坑。為什么選(xuan)擇這里？

孫(sun)澤洲解釋說(shuo)，月面(mian)不同緯(wei)度(du)所面(mian)臨(lin)的(de)(de)熱控和能源設計(ji)(ji)是相(xiang)互(hu)約束、相(xiang)對矛盾(dun)的(de)(de)。如(ru)果降落(luo)(luo)到低緯(wei)度(du)地(di)區(qu)，光照(zhao)條件好、能源獲(huo)得充足，但對于熱控是巨大的(de)(de)挑戰；如(ru)果降落(luo)(luo)在高(gao)緯(wei)度(du)地(di)區(qu)，熱控壓力大大減少，但太陽能獲(huo)取(qu)又受到影響。綜合(he)考(kao)慮多種因素，嫦(chang)娥三號(hao)按照(zhao)中高(gao)緯(wei)度(du)降落(luo)(luo)來(lai)進行設計(ji)(ji)，嫦(chang)娥四號(hao)在月球背面(mian)著陸的(de)(de)緯(wei)度(du)也確定在40度(du)—50度(du)的(de)(de)范圍內。

此外，探(tan)測(ce)器(qi)與中繼(ji)星(xing)L2點的(de)通信問題也是考(kao)慮因素之一(yi)。“如果探(tan)測(ce)器(qi)仰角太低(di)，勢(shi)必(bi)更容易受到(dao)周圍山地(di)的(de)影響。我們(men)希望探(tan)測(ce)器(qi)能夠高仰角對中繼(ji)星(xing)通信，這樣一(yi)來，經度也大(da)致(zhi)確定了(le)(le)，大(da)的(de)區域范圍就出現了(le)(le)。同時還(huan)要選擇相(xiang)對大(da)一(yi)些、平坦一(yi)些的(de)撞擊坑，就確定了(le)(le)艾特肯盆地(di)。”

艾特(te)肯盆(pen)地(di)是目前發現(xian)的(de)(de)(de)(de)太陽系固體天(tian)體中最大最深的(de)(de)(de)(de)盆(pen)地(di)，直徑大約(yue)2500公里，深度約(yue)12公里，90%的(de)(de)(de)(de)面積都分布在月球背面。“盆(pen)地(di)確定后，還要(yao)(yao)篩選(xuan)(xuan)(xuan)出有特(te)點(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)撞擊(ji)(ji)坑(keng)(keng)作(zuo)為著陸地(di)點(dian)(dian)。同時(shi)考慮到備份(fen)窗(chuang)口(kou)的(de)(de)(de)(de)問題，選(xuan)(xuan)(xuan)擇的(de)(de)(de)(de)著陸點(dian)(dian)附近(jin)要(yao)(yao)有相(xiang)鄰的(de)(de)(de)(de)、條件合適的(de)(de)(de)(de)撞擊(ji)(ji)坑(keng)(keng)。如果頭一(yi)天(tian)的(de)(de)(de)(de)發射窗(chuang)口(kou)沒能如期發射，要(yao)(yao)在第二天(tian)發射，那(nei)么就要(yao)(yao)選(xuan)(xuan)(xuan)擇相(xiang)鄰經(jing)度13度左右的(de)(de)(de)(de)撞擊(ji)(ji)坑(keng)(keng)作(zuo)為備選(xuan)(xuan)(xuan)著陸區(qu)。”孫澤洲表示，綜合上述因素，最終確定馮·卡門和克雷地(di)安(an)撞擊(ji)(ji)坑(keng)(keng)分別(bie)作(zuo)為主選(xuan)(xuan)(xuan)擇和備份(fen)著陸區(qu)。

落月成功后(hou)，孫澤洲表示，整個(ge)過(guo)程完(wan)全按照預(yu)想進行，著陸非常平(ping)穩，并且著陸位置就是最初設(she)定的(de)理想著陸點。

技術創新多亮點

嫦娥(e)四號突破(po)了(le)一批(pi)重大關(guan)(guan)鍵技(ji)術(shu)，實(shi)現了(le)“七大創新”：實(shi)現世界(jie)首(shou)次(ci)月(yue)(yue)球(qiu)背(bei)面軟(ruan)著陸與(yu)(yu)巡視(shi)探測(ce)(ce)，突破(po)月(yue)(yue)球(qiu)背(bei)面復雜地(di)(di)形地(di)(di)貌識別(bie)、高(gao)精度(du)自(zi)主著陸控制(zhi)與(yu)(yu)自(zi)主避障等(deng)(deng)技(ji)術(shu)；突破(po)高(gao)增益可展(zhan)(zhan)(zhan)開(kai)天線(xian)、地(di)(di)月(yue)(yue)拉格朗(lang)日L2點(dian)中(zhong)繼軌道設計等(deng)(deng)關(guan)(guan)鍵技(ji)術(shu)；突破(po)強背(bei)景(jing)噪聲環境下(xia)空間(jian)(jian)低(di)頻(pin)電場信號提取、空間(jian)(jian)低(di)頻(pin)電磁波高(gao)靈敏度(du)接(jie)收等(deng)(deng)技(ji)術(shu)；突破(po)運載火箭(jian)多窗口、窄寬度(du)軌道設計，組合導航濾波優(you)化，氫氧動(dong)力(li)系統(tong)加注(zhu)后推遲24小時(shi)發射(she)等(deng)(deng)關(guan)(guan)鍵技(ji)術(shu)；突破(po)星載激光角反射(she)器研制(zhi)，國際首(shou)次(ci)開(kai)展(zhan)(zhan)(zhan)超地(di)(di)月(yue)(yue)距離的(de)反射(she)式激光測(ce)(ce)距試驗；突破(po)寬溫變與(yu)(yu)高(gao)真空條件下(xia)的(de)月(yue)(yue)表微型生態圈(quan)構造(zao)技(ji)術(shu)；首(shou)次(ci)開(kai)展(zhan)(zhan)(zhan)國際載荷搭載和(he)聯合探測(ce)(ce)，完成月(yue)(yue)球(qiu)中(zhong)子及輻射(she)劑量(liang)、中(zhong)性原子分布等(deng)(deng)科(ke)學探測(ce)(ce)。

此外，嫦(chang)娥四(si)號在技(ji)術上(shang)也進行了創新。

在軌道設計(ji)上，嫦(chang)娥四號(hao)更為精細化(hua)。“與嫦(chang)娥三(san)號(hao)相比，嫦(chang)娥四號(hao)著(zhu)(zhu)陸(lu)時可選擇的面積有限，因此必(bi)須提高著(zhu)(zhu)陸(lu)精度。直接手段就是精細化(hua)軌道設計(ji)，能夠實現(xian)不同日期、不同窗口(kou)發(fa)射，都(dou)會定時定點著(zhu)(zhu)陸(lu)在預想(xiang)著(zhu)(zhu)陸(lu)區。”孫(sun)澤洲(zhou)說。

在(zai)著陸(lu)段(duan)的(de)(de)(de)制(zhi)導(dao)(dao)導(dao)(dao)航與控(kong)(kong)制(zhi)方面，孫澤洲介紹，因為嫦娥四號的(de)(de)(de)航跡中(zhong)要經過(guo)很多撞(zhuang)擊坑(keng)、環(huan)形山等(deng)，因此對動力下(xia)降過(guo)程的(de)(de)(de)策略(lve)和(he)各個分段(duan)的(de)(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)目標都進行了調整，提高(gao)了敏感(gan)器的(de)(de)(de)性(xing)能。同時在(zai)測控(kong)(kong)通信方面做了技(ji)術調整，既要適應對地球的(de)(de)(de)測控(kong)(kong)通信，在(zai)著陸(lu)過(guo)程和(he)工作中(zhong)還要和(he)中(zhong)繼星通信，解(jie)調技(ji)術由原來的(de)(de)(de)模擬解(jie)調變為數字解(jie)調。

最關鍵的是自主(zhu)(zhu)(zhu)能力的提(ti)升。在動力下(xia)降過(guo)程(cheng)中，原有(you)的控制(zhi)系統(tong)故障預案(an)變(bian)成(cheng)自主(zhu)(zhu)(zhu)實(shi)現；在月面工作期間，可以自主(zhu)(zhu)(zhu)休眠(mian)、自主(zhu)(zhu)(zhu)喚醒，喚醒后也可以自主(zhu)(zhu)(zhu)進入穩定(ding)工作狀態。

科學研究開新篇

嫦娥四號軟(ruan)著(zhu)陸之后開(kai)展的科學探(tan)測，也將創造多(duo)個首次。

吳偉仁(ren)表(biao)示，嫦娥四(si)號的成功(gong)落月(yue)(yue)(yue)(yue)，表(biao)明我們(men)具備了全月(yue)(yue)(yue)(yue)球到達的能力，基本上可以到達月(yue)(yue)(yue)(yue)球任何一個地點(dian)。在(zai)科(ke)學(xue)任務方(fang)面，嫦娥四(si)號將(jiang)進行月(yue)(yue)(yue)(yue)球背(bei)(bei)(bei)面低頻射電天文觀測(ce)與研(yan)究(jiu)，開展月(yue)(yue)(yue)(yue)球背(bei)(bei)(bei)面巡(xun)視區形貌、礦物組(zu)分及月(yue)(yue)(yue)(yue)表(biao)淺層結構探測(ce)與研(yan)究(jiu)，試驗性開展月(yue)(yue)(yue)(yue)球背(bei)(bei)(bei)面中(zhong)子輻射劑量、中(zhong)性原子等(deng)月(yue)(yue)(yue)(yue)球環境探測(ce)研(yan)究(jiu)。

吳偉仁解釋說(shuo)：“著(zhu)陸(lu)器(qi)、巡視器(qi)將會(hui)考察著(zhu)陸(lu)地區(qu)的(de)地形(xing)地貌、地質(zhi)構造，我們(men)會(hui)得(de)到(dao)第一張(zhang)月球(qiu)地下的(de)剖面圖，還(huan)會(hui)探測(ce)(ce)著(zhu)陸(lu)地區(qu)的(de)物(wu)質(zhi)成(cheng)分、月壤(rang)組成(cheng)等。與(yu)此同時，還(huan)將測(ce)(ce)出(chu)月球(qiu)背面的(de)準確(que)溫度。”

據介紹(shao)，月(yue)(yue)球分為克里普巖地(di)體(ti)、斜長高(gao)地(di)巖地(di)體(ti)、艾特肯(ken)盆(pen)地(di)地(di)體(ti)，只有艾特肯(ken)盆(pen)地(di)地(di)體(ti)沒有被近距離(li)巡視探測，具有很高(gao)的(de)(de)科研價值(zhi)。而(er)且月(yue)(yue)球背面的(de)(de)巖石更(geng)加(jia)古老(lao)，如果能(neng)夠獲取其物質(zhi)成分信息(xi)，將有助于科學(xue)家了解月(yue)(yue)球的(de)(de)化學(xue)成分演化過程。

此外(wai)，在(zai)月(yue)球背面開展(zhan)的(de)低(di)頻射(she)電天文(wen)觀(guan)測也備受關注。“月(yue)球背面可以屏蔽電磁干(gan)擾，能(neng)夠(gou)填補(bu)在(zai)地(di)(di)球和(he)其他地(di)(di)方無(wu)法開展(zhan)的(de)100KHz—1MHz射(she)電天文(wen)觀(guan)測空白，有可能(neng)觀(guan)察到40億年前宇(yu)宙(zhou)早期爆炸的(de)暗黑地(di)(di)區的(de)無(wu)線電波，將(jiang)在(zai)行星(xing)際激波、日冕物質拋射(she)和(he)高能(neng)電子束產生機理(li)等方面取得原創性成果。”孫(sun)澤洲說。

深空探測不停步

從嫦(chang)(chang)娥一號拍攝(she)的(de)全月(yue)球影像圖，到(dao)嫦(chang)(chang)娥二號首(shou)次實現我(wo)國對小行(xing)星的(de)飛(fei)越探測，再到(dao)嫦(chang)(chang)娥三號成功(gong)實現落月(yue)夢想、嫦(chang)(chang)娥四(si)號實現月(yue)球背面軟著陸……探月(yue)工程自2004年啟動以來取得一個(ge)(ge)又一個(ge)(ge)突(tu)破，對我(wo)國月(yue)球及深(shen)空(kong)探測乃至航天事業(ye)(ye)的(de)持續發(fa)(fa)展具(ju)(ju)有重大意義。這(zhe)是繼人造(zao)地(di)球衛星、載人航天飛(fei)行(xing)取得成功(gong)之后我(wo)國航天事業(ye)(ye)發(fa)(fa)展的(de)又一座里程碑，標志著我(wo)國已經進入(ru)世界(jie)具(ju)(ju)有深(shen)空(kong)探測能力的(de)國家(jia)行(xing)列。

吳(wu)偉仁表(biao)示，黨的十九大明確(que)了建設航(hang)天強國(guo)的戰略(lve)目標。我們要(yao)爭取(qu)在2020年躋(ji)身航(hang)天強國(guo)行列、2030年進入(ru)世(shi)界航(hang)天強國(guo)前列。未來探(tan)月工程三期(qi)還將(jiang)(jiang)實施兩次采(cai)樣(yang)返(fan)回任務，分(fen)別(bie)命名為嫦(chang)(chang)娥五號和嫦(chang)(chang)娥六號任務，將(jiang)(jiang)首次采(cai)用無人月球(qiu)軌道交會對(dui)接方式(shi)實現月面自主采(cai)樣(yang)返(fan)回。

據了解(jie)，我國未來還將進行一(yi)系列深空探(tan)測工(gong)程重大任務，浩瀚宇宙，人類探(tan)索的腳步永不(bu)停歇。（記(ji)者 馮 華 版式(shi)設計 蔡華偉(wei)）

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