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這一(yi)刻，注定要在人類(lei)的(de)(de)太空(kong)探(tan)索史上留下濃墨重(zhong)彩(cai)的(de)(de)一(yi)筆。3日，飛行約(yue)40萬公(gong)里(li)之后，嫦娥四號探(tan)測(ce)(ce)(ce)器成功降落于(yu)月球(qiu)背(bei)面東經177.6度、南緯45.5度附近的(de)(de)預選著(zhu)陸區，實現了(le)人類(lei)探(tan)測(ce)(ce)(ce)器首次月球(qiu)背(bei)面軟(ruan)著(zhu)陸和首次月背(bei)與地(di)球(qiu)的(de)(de)中繼(ji)通信，開啟了(le)月球(qiu)探(tan)測(ce)(ce)(ce)的(de)(de)新篇章。

“嫦娥四號(hao)(hao)(hao)原來是(shi)嫦娥三(san)號(hao)(hao)(hao)的(de)備(bei)份(fen)星，三(san)號(hao)(hao)(hao)成功后備(bei)份(fen)轉正份(fen)，那么第二(er)次著(zhu)陸(lu)要選(xuan)擇(ze)哪(na)里？我們認(ren)為應該(gai)賦予四號(hao)(hao)(hao)更強的(de)生(sheng)命力和更多(duo)功能(neng)。從(cong)上(shang)世紀(ji)50年(nian)代開(kai)始，發射到(dao)月(yue)(yue)球的(de)探(tan)測(ce)(ce)器(qi)和軌道器(qi)已經有(you)100多(duo)個(ge)，但都是(shi)對(dui)月(yue)(yue)球正面的(de)探(tan)測(ce)(ce)，至今沒有(you)任何一個(ge)月(yue)(yue)球探(tan)測(ce)(ce)器(qi)能(neng)夠(gou)實現在(zai)月(yue)(yue)球背面軟著(zhu)陸(lu)。因此，經過反復論證，最終(zhong)確定了嫦娥四號(hao)(hao)(hao)月(yue)(yue)球背面軟著(zhu)陸(lu)和巡(xun)視探(tan)測(ce)(ce)的(de)總(zong)體(ti)方案。”中國探(tan)月(yue)(yue)工(gong)(gong)程總(zong)設(she)計師、中國工(gong)(gong)程院院士吳偉(wei)仁(ren)解釋了嫦娥四號(hao)(hao)(hao)任務的(de)由(you)來。

中國航天(tian)科技集團五院嫦娥四(si)號探(tan)測器(qi)系統總(zong)設計師孫澤洲說(shuo)，嫦娥四(si)號任(ren)務實際上是(shi)“兩器(qi)一星(xing)”，包括了著陸器(qi)、巡視(shi)器(qi)和(he)“鵲橋”中繼星(xing)，其(qi)中先期發(fa)射的中繼星(xing)就是(shi)為(wei)了實現對(dui)地(di)、對(dui)月(yue)(yue)的中繼通信，而巡視(shi)器(qi)更多地(di)被人們稱為(wei)“月(yue)(yue)球車”。

月背任務克三難

由(you)于月(yue)球(qiu)(qiu)繞地(di)(di)球(qiu)(qiu)公轉的(de)周(zhou)期與月(yue)球(qiu)(qiu)自轉的(de)周(zhou)期相同，所以月(yue)球(qiu)(qiu)總有一(yi)面(mian)背(bei)(bei)對(dui)著地(di)(di)球(qiu)(qiu)，這(zhe)一(yi)面(mian)被稱為(wei)(wei)月(yue)球(qiu)(qiu)背(bei)(bei)面(mian)。正因為(wei)(wei)背(bei)(bei)對(dui)地(di)(di)球(qiu)(qiu)，要在月(yue)球(qiu)(qiu)背(bei)(bei)面(mian)實現軟著陸，探測器與地(di)(di)球(qiu)(qiu)的(de)測控通(tong)信(xin)和(he)數據傳輸成為(wei)(wei)首先要解決的(de)難題。此外，月(yue)球(qiu)(qiu)背(bei)(bei)面(mian)并(bing)不像正面(mian)那(nei)樣平坦，著陸區的(de)選擇(ze)及(ji)精準(zhun)著陸也是(shi)難題。

在兩位總設計(ji)師看來，嫦娥四號任務的(de)技術難點主要體(ti)現(xian)在3個方面。

首先是地(di)月(yue)L2點(dian)(dian)軌道的精確(que)設計與控制，要使中繼星穩定運行在L2點(dian)(dian)的軌道上。

其次是(shi)地(di)月(yue)L2點遠(yuan)距(ju)離的(de)數據中繼(ji)。“選擇L2點有很多好(hao)處，但也有不足之處，那(nei)就是(shi)距(ju)離月(yue)球(qiu)7.9萬公(gong)里、距(ju)離地(di)球(qiu)4萬公(gong)里，遙遠(yuan)的(de)距(ju)離讓(rang)信號衰減的(de)問題更棘手。地(di)月(yue)之間通(tong)信、探測器的(de)狀態(tai)控制等，都要(yao)(yao)靠中繼(ji)星來保障，還(huan)要(yao)(yao)考(kao)慮到通(tong)信時間、測控時間的(de)延(yan)遲，因(yin)此，中繼(ji)星的(de)精準(zhun)可(ke)靠至關(guan)重(zhong)要(yao)(yao)。”孫澤洲解釋(shi)說。

第(di)三(san)(san)是(shi)復雜地形(xing)的(de)(de)(de)(de)安全著(zhu)(zhu)(zhu)陸(lu)(lu)。吳偉(wei)仁打了(le)個比方：“月球(qiu)正面(mian)就相當(dang)于我國的(de)(de)(de)(de)大(da)平原，地勢(shi)平坦；但背(bei)面(mian)就有(you)點像我國的(de)(de)(de)(de)西南(nan)山(shan)(shan)區(qu)，到處都是(shi)高山(shan)(shan)和(he)撞擊坑(keng)(keng)，月背(bei)可供(gong)選(xuan)(xuan)(xuan)擇的(de)(de)(de)(de)著(zhu)(zhu)(zhu)陸(lu)(lu)區(qu)范(fan)圍只有(you)正面(mian)的(de)(de)(de)(de)1/8。嫦(chang)(chang)(chang)娥(e)(e)三(san)(san)號(hao)著(zhu)(zhu)(zhu)陸(lu)(lu)時(shi)(shi)(shi)可供(gong)選(xuan)(xuan)(xuan)擇的(de)(de)(de)(de)區(qu)域范(fan)圍長(chang)約300公里(li)(li)、寬(kuan)約90公里(li)(li)，而嫦(chang)(chang)(chang)娥(e)(e)四(si)號(hao)只能在有(you)限的(de)(de)(de)(de)相對(dui)大(da)的(de)(de)(de)(de)撞擊坑(keng)(keng)里(li)(li)尋找相對(dui)平坦的(de)(de)(de)(de)位置作(zuo)為(wei)著(zhu)(zhu)(zhu)陸(lu)(lu)區(qu)，選(xuan)(xuan)(xuan)擇范(fan)圍長(chang)寬(kuan)各十幾公里(li)(li)。此(ci)外，嫦(chang)(chang)(chang)娥(e)(e)三(san)(san)號(hao)當(dang)時(shi)(shi)(shi)是(shi)斜(xie)著(zhu)(zhu)(zhu)降(jiang)落的(de)(de)(de)(de)，嫦(chang)(chang)(chang)娥(e)(e)四(si)號(hao)如果也(ye)是(shi)斜(xie)著(zhu)(zhu)(zhu)下(xia)(xia)來就要(yao)撞山(shan)(shan)了(le)。在復雜的(de)(de)(de)(de)地形(xing)下(xia)(xia)，嫦(chang)(chang)(chang)娥(e)(e)四(si)號(hao)要(yao)近乎垂直(zhi)降(jiang)落，著(zhu)(zhu)(zhu)陸(lu)(lu)時(shi)(shi)(shi)間短、航程短，風(feng)險確實(shi)比較大(da)。”

精準落月有妙招

孫澤(ze)洲介(jie)紹，此次嫦(chang)(chang)娥四(si)號(hao)的落月可以(yi)說是“正中靶心(xin)”，嫦(chang)(chang)娥四(si)號(hao)全(quan)自主動力下(xia)降，通(tong)過慣性導(dao)航及與月面相對(dui)測量導(dao)航，按照既定制導(dao)率實現月球背面軟著(zhu)陸。

與嫦娥(e)三號相(xiang)似，嫦娥(e)四(si)號探測器(qi)也經歷了(le)點火準備、主減速段(duan)、快速調整段(duan)、接近段(duan)、懸停(ting)段(duan)、避障段(duan)以及(ji)緩速下降(jiang)段(duan)等動力下降(jiang)過(guo)程(cheng)，實現(xian)從距離月(yue)面15公(gong)里高度(du)安全(quan)下降(jiang)至月(yue)球表面的(de)軟著陸。全(quan)過(guo)程(cheng)用時約(yue)690秒。不(bu)同之(zhi)處在于(yu)，嫦娥(e)四(si)號在15公(gong)里到8公(gong)里高度(du)為傾斜下降(jiang)，8公(gong)里之(zhi)后就改(gai)為垂(chui)直向下，引入(ru)相(xiang)對于(yu)月(yue)面的(de)測量導航。孫(sun)澤(ze)洲解釋：“這樣就可以克(ke)服(fu)著陸區周(zhou)邊地形起(qi)伏的(de)問題(ti)。”

為了增加(jia)著陸的(de)(de)(de)安(an)全(quan)性，嫦(chang)娥四(si)號(hao)探測(ce)器會通過接(jie)力避(bi)障(zhang)的(de)(de)(de)方式。下(xia)降至2公里(li)左右(you)，探測(ce)器會做一次光學的(de)(de)(de)初避(bi)障(zhang)，主(zhu)(zhu)要(yao)識(shi)別(bie)大障(zhang)礙。下(xia)降至100米(mi)左右(you)，探測(ce)器會做一個懸停，利用激光敏感器實(shi)現(xian)精避(bi)障(zhang)，識(shi)別(bie)0.2米(mi)障(zhang)礙、坡度等，通過地(di)形的(de)(de)(de)最(zui)優識(shi)別(bie)方法找到安(an)全(quan)區(qu)域降落。嫦(chang)娥四(si)號(hao)的(de)(de)(de)自(zi)主(zhu)(zhu)能力有很大提升，“如果找不到安(an)全(quan)區(qu)域，嫦(chang)娥四(si)號(hao)會選擇相對次優的(de)(de)(de)區(qu)域，還(huan)可(ke)以做水平機動調整。”

著陸地點費思量

嫦娥四號的(de)首選著陸地(di)點，是(shi)位于(yu)月球背面南極(ji)—艾特肯盆地(di)中部(bu)的(de)馮·卡門撞擊坑。為什么選擇這里(li)？

孫澤洲(zhou)解釋(shi)說，月面(mian)不同緯度(du)(du)所面(mian)臨的(de)熱控和能源設計(ji)是相互約束、相對(dui)矛盾(dun)的(de)。如(ru)果降落到低緯度(du)(du)地區，光照(zhao)(zhao)條件好、能源獲得(de)充(chong)足，但對(dui)于熱控是巨(ju)大(da)的(de)挑(tiao)戰；如(ru)果降落在(zai)高(gao)緯度(du)(du)地區，熱控壓力大(da)大(da)減少，但太陽能獲取又受到影響。綜合考慮(lv)多(duo)種因(yin)素，嫦(chang)娥三(san)號按(an)照(zhao)(zhao)中高(gao)緯度(du)(du)降落來進行設計(ji)，嫦(chang)娥四號在(zai)月球背面(mian)著陸的(de)緯度(du)(du)也確定在(zai)40度(du)(du)—50度(du)(du)的(de)范圍內。

此外，探(tan)測(ce)(ce)器與中繼(ji)星L2點的(de)通(tong)信問(wen)題也(ye)是考慮因素(su)之一。“如果探(tan)測(ce)(ce)器仰角太(tai)低，勢必更容易受(shou)到周圍(wei)山地的(de)影(ying)響。我們(men)希望探(tan)測(ce)(ce)器能夠高仰角對(dui)中繼(ji)星通(tong)信，這樣一來，經度也(ye)大致確(que)定了(le)，大的(de)區(qu)域范圍(wei)就出現了(le)。同時還要選擇(ze)相對(dui)大一些、平坦一些的(de)撞擊坑，就確(que)定了(le)艾特(te)肯(ken)盆地。”

艾(ai)特(te)肯盆地(di)是目前(qian)發(fa)(fa)現的(de)(de)(de)太(tai)陽系固(gu)體天(tian)體中最大最深的(de)(de)(de)盆地(di)，直徑大約(yue)2500公里，深度(du)約(yue)12公里，90%的(de)(de)(de)面積都分(fen)布在月(yue)球背面。“盆地(di)確定后，還要篩選出(chu)有(you)特(te)點的(de)(de)(de)撞(zhuang)擊(ji)(ji)坑(keng)(keng)作(zuo)為著陸地(di)點。同時考慮到備份窗口的(de)(de)(de)問題，選擇(ze)的(de)(de)(de)著陸點附近要有(you)相鄰的(de)(de)(de)、條件合(he)適的(de)(de)(de)撞(zhuang)擊(ji)(ji)坑(keng)(keng)。如果頭一天(tian)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)射窗口沒能如期(qi)發(fa)(fa)射，要在第二(er)天(tian)發(fa)(fa)射，那么就要選擇(ze)相鄰經(jing)度(du)13度(du)左右(you)的(de)(de)(de)撞(zhuang)擊(ji)(ji)坑(keng)(keng)作(zuo)為備選著陸區。”孫澤洲表(biao)示，綜(zong)合(he)上述因素，最終確定馮·卡門和克(ke)雷地(di)安撞(zhuang)擊(ji)(ji)坑(keng)(keng)分(fen)別作(zuo)為主(zhu)選擇(ze)和備份著陸區。

落(luo)月成(cheng)功(gong)后，孫(sun)澤洲表示，整個過(guo)程完全按照預想進行，著陸非常平穩，并且(qie)著陸位(wei)置(zhi)就(jiu)是最初(chu)設定的(de)理想著陸點。

技術創新多亮點

嫦娥(e)四號突(tu)破(po)了一批重大(da)(da)關鍵技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)，實(shi)(shi)現了“七大(da)(da)創新”：實(shi)(shi)現世界首次月球背(bei)面(mian)軟(ruan)著(zhu)陸與巡視探測(ce)(ce)，突(tu)破(po)月球背(bei)面(mian)復雜地形地貌識別、高精度(du)自主著(zhu)陸控制與自主避障等技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)；突(tu)破(po)高增益可展開(kai)(kai)天線、地月拉格朗日L2點中繼軌道(dao)設計等關鍵技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)；突(tu)破(po)強(qiang)背(bei)景噪聲環境下(xia)空(kong)(kong)間低頻電(dian)場信號提(ti)取、空(kong)(kong)間低頻電(dian)磁波高靈敏(min)度(du)接(jie)收(shou)等技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)；突(tu)破(po)運載(zai)火(huo)箭多窗口、窄寬度(du)軌道(dao)設計，組合導航濾(lv)波優化(hua)，氫氧動(dong)力(li)系(xi)統加注后推遲24小時發(fa)射等關鍵技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)；突(tu)破(po)星(xing)載(zai)激光角反(fan)(fan)射器(qi)研制，國際首次開(kai)(kai)展超地月距離的(de)反(fan)(fan)射式(shi)激光測(ce)(ce)距試驗；突(tu)破(po)寬溫變(bian)與高真空(kong)(kong)條件下(xia)的(de)月表微型(xing)生態圈構造技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)；首次開(kai)(kai)展國際載(zai)荷搭載(zai)和聯(lian)合探測(ce)(ce)，完成月球中子及輻(fu)射劑量、中性原子分布等科學探測(ce)(ce)。

此外，嫦娥四號在(zai)技(ji)術上也進行(xing)了創新。

在(zai)軌道設計上，嫦娥四號(hao)更為精(jing)細(xi)化。“與(yu)嫦娥三號(hao)相比，嫦娥四號(hao)著(zhu)陸時(shi)可選擇的面積有限，因此(ci)必須提高著(zhu)陸精(jing)度。直接手(shou)段就是精(jing)細(xi)化軌道設計，能夠實(shi)現(xian)不同(tong)日期(qi)、不同(tong)窗口發射，都(dou)會定時(shi)定點著(zhu)陸在(zai)預想著(zhu)陸區。”孫澤(ze)洲(zhou)說。

在著陸段(duan)的(de)(de)(de)制導導航與(yu)控(kong)制方面(mian)，孫澤洲介紹，因為嫦娥四號的(de)(de)(de)航跡(ji)中要經過(guo)很多撞擊(ji)坑(keng)、環形山(shan)等，因此(ci)對動力下降過(guo)程的(de)(de)(de)策略和(he)(he)各個分段(duan)的(de)(de)(de)控(kong)制目標都進行(xing)了(le)調整，提高了(le)敏感(gan)器的(de)(de)(de)性(xing)能。同時在測控(kong)通信方面(mian)做了(le)技術(shu)調整，既要適(shi)應對地球的(de)(de)(de)測控(kong)通信，在著陸過(guo)程和(he)(he)工(gong)作中還要和(he)(he)中繼星通信，解(jie)調技術(shu)由原來(lai)的(de)(de)(de)模擬(ni)解(jie)調變為數(shu)字(zi)解(jie)調。

最關鍵的是自(zi)(zi)主能力的提升。在(zai)動(dong)力下(xia)降過(guo)程中，原有的控制系統(tong)故障預案變(bian)成(cheng)自(zi)(zi)主實現；在(zai)月面工作(zuo)期(qi)間，可(ke)以自(zi)(zi)主休(xiu)眠、自(zi)(zi)主喚醒(xing)，喚醒(xing)后(hou)也(ye)可(ke)以自(zi)(zi)主進(jin)入穩定工作(zuo)狀態。

科學研究開新篇

嫦娥四號軟著陸之后開展(zhan)的(de)科學探(tan)測，也將(jiang)創造多個首次。

吳偉仁表(biao)示，嫦娥(e)四號的(de)成功落月(yue)(yue)，表(biao)明我們具備了全月(yue)(yue)球(qiu)到達(da)的(de)能力，基(ji)本(ben)上可以到達(da)月(yue)(yue)球(qiu)任何一個地點(dian)。在科(ke)學(xue)任務(wu)方面(mian)，嫦娥(e)四號將進(jin)行月(yue)(yue)球(qiu)背面(mian)低(di)頻(pin)射電天(tian)文觀測與(yu)研(yan)究，開(kai)展月(yue)(yue)球(qiu)背面(mian)巡視區形貌、礦物組分及月(yue)(yue)表(biao)淺(qian)層結構探測與(yu)研(yan)究，試(shi)驗性開(kai)展月(yue)(yue)球(qiu)背面(mian)中子(zi)輻射劑(ji)量、中性原(yuan)子(zi)等月(yue)(yue)球(qiu)環境(jing)探測研(yan)究。

吳偉仁解釋說：“著陸器(qi)、巡視器(qi)將(jiang)會考(kao)察著陸地區的(de)(de)(de)地形地貌、地質構造，我們會得到第一張(zhang)月球地下的(de)(de)(de)剖面(mian)圖，還會探(tan)測著陸地區的(de)(de)(de)物質成(cheng)分、月壤組成(cheng)等。與此(ci)同時(shi)，還將(jiang)測出月球背面(mian)的(de)(de)(de)準確溫(wen)度(du)。”

據(ju)介紹，月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)分為克里普巖地(di)體(ti)、斜長高地(di)巖地(di)體(ti)、艾(ai)特肯盆地(di)地(di)體(ti)，只有艾(ai)特肯盆地(di)地(di)體(ti)沒有被近距(ju)離巡(xun)視探測，具有很高的(de)科(ke)研(yan)價(jia)值(zhi)。而且月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)背面(mian)的(de)巖石更(geng)加古老，如果(guo)能夠(gou)獲(huo)取其物質成(cheng)分信息，將有助(zhu)于科(ke)學家了解月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)的(de)化(hua)學成(cheng)分演化(hua)過程。

此外，在月球背(bei)面開(kai)展的(de)低(di)頻射電(dian)天文(wen)觀測(ce)也備(bei)受關注。“月球背(bei)面可以屏(ping)蔽電(dian)磁干擾，能(neng)夠(gou)填補在地(di)球和其他地(di)方無法開(kai)展的(de)100KHz—1MHz射電(dian)天文(wen)觀測(ce)空(kong)白，有(you)可能(neng)觀察到40億年前宇宙(zhou)早期爆炸的(de)暗黑地(di)區(qu)的(de)無線(xian)電(dian)波(bo)，將在行星(xing)際激波(bo)、日冕物質拋(pao)射和高能(neng)電(dian)子(zi)束產生機理(li)等方面取得原創(chuang)性成果。”孫(sun)澤洲說。

深空探測不停步

從嫦(chang)(chang)娥(e)(e)一(yi)(yi)(yi)號(hao)(hao)拍攝(she)的(de)全(quan)月(yue)(yue)(yue)球(qiu)(qiu)影像圖，到嫦(chang)(chang)娥(e)(e)二號(hao)(hao)首次(ci)實現我(wo)(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)對小行(xing)星的(de)飛越探(tan)測(ce)(ce)，再到嫦(chang)(chang)娥(e)(e)三號(hao)(hao)成(cheng)功(gong)實現落月(yue)(yue)(yue)夢想、嫦(chang)(chang)娥(e)(e)四(si)號(hao)(hao)實現月(yue)(yue)(yue)球(qiu)(qiu)背面軟(ruan)著陸……探(tan)月(yue)(yue)(yue)工程自(zi)2004年(nian)啟動(dong)以來取得(de)一(yi)(yi)(yi)個又一(yi)(yi)(yi)個突破，對我(wo)(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)月(yue)(yue)(yue)球(qiu)(qiu)及深空探(tan)測(ce)(ce)乃至航天(tian)事業的(de)持(chi)續發(fa)(fa)展具有重(zhong)大意義(yi)。這是繼人(ren)(ren)造地球(qiu)(qiu)衛星、載人(ren)(ren)航天(tian)飛行(xing)取得(de)成(cheng)功(gong)之后我(wo)(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)航天(tian)事業發(fa)(fa)展的(de)又一(yi)(yi)(yi)座里程碑(bei)，標志著我(wo)(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)已(yi)經(jing)進入世界具有深空探(tan)測(ce)(ce)能力(li)的(de)國(guo)(guo)(guo)家行(xing)列。

吳(wu)偉仁表示，黨(dang)的十九(jiu)大明確了建設航天(tian)強國(guo)的戰略(lve)目標(biao)。我們要(yao)爭(zheng)取在(zai)2020年躋身航天(tian)強國(guo)行列(lie)(lie)、2030年進入(ru)世界航天(tian)強國(guo)前列(lie)(lie)。未來(lai)探月(yue)工(gong)程(cheng)三期還將(jiang)實(shi)(shi)施兩(liang)次(ci)采樣返(fan)回(hui)任務，分別命名為嫦娥(e)五(wu)號(hao)和嫦娥(e)六號(hao)任務，將(jiang)首次(ci)采用(yong)無人月(yue)球軌(gui)道(dao)交會對接方(fang)式實(shi)(shi)現月(yue)面自(zi)主采樣返(fan)回(hui)。

據了解(jie)，我(wo)國未來還將進行一系(xi)列深空(kong)探測(ce)工程重大任務，浩瀚(han)宇宙(zhou)，人類探索的腳步永不(bu)停歇。（記者 馮 華 版式設計 蔡華偉）

【責任編輯：語謙】