嫦娥四号奔向“月之暗面” 4大关键问题都在这了

                        今天(12月8日)凌晨2时许，我国嫦娥四号月球探测器在西昌卫星发射中心成功发射，我国第二个月球着陆器和月球车踏上登月征程。发射任务由长征三号乙运载火箭实施。

火箭将探测器送入地月转移轨道后，探测器将经过数十天在轨飞行、 轨道修正、近月制动、变轨等，最终着陆月面，择机释放巡视器。

嫦娥四号的目的地是月球背面南极艾特肯盆地，新月球车将与“玉兔”号在月球两面遥遥相对。这将是人类探测器首次在月球背面着陆，在人类从未直接看见的“月之暗面”实施月球探测和天文观测。



长征三号乙遥三十运载火箭整装待发，准备送嫦娥四号前往月球。供图/航天科技集团一院
问题1：嫦娥四号降落在哪儿?

5年前，嫦娥三号着陆在月球正面的虹湾。那里布满月海玄武岩，地势较为开阔、平坦，位于大型撞击坑、月海、高地(山脉)交汇地区，有利于科学勘察目标的选择。

而嫦娥四号的主着陆区为月球背面南极艾特肯盆地，着陆区面积比虹湾地区小了许多。而且月球背面山峰林立，遍布撞击坑，很难找出更大、更平坦的地方，嫦娥三号着陆区地形起伏仅800米，而嫦娥四号着陆区起伏达到了6000米。因此，嫦娥四号着陆器，需要具有比嫦娥三号更准确的着陆精度。

由于落月过程地球方向不直接可见，所有信息传输都需要在中继星“鹊桥” 的中转下完成。整个落月过程由GNC(制导、导航与控制)系统自主操控，加之回传画面的延迟，对地面人员来说，这个过程近乎是“盲降”。



长征三号乙遥三十运载火箭整装待发，准备送嫦娥四号前往月球。供图/航天科技集团一院
问题2：为何要去月球背面?

航天科技集团五院专家介绍，月球背面的探测，可以推动月基科学研究的不断深入。

月球背面没有来自地球的无线电波的干扰，是进行射电天文观测的最佳场所，如果能利用这一自然地形架设无线电望远镜，就好比把“天文台”搬到了月球背面。嫦娥四号着陆器在月球背面软着陆后，将开展月基低频射电天文观测研究，预期可以获得一批原创性的科学成果。

月球背面探测，也有助于推动月球资源的研究和开发利用。月球蕴藏着丰富的矿产和能源资源，开发和利用月球资源是人类探测月球的源动力之一。近年来，美国等国家相继制定了包括月球背面资源调查研究计划。通过嫦娥四号对着陆区地形地貌、矿物组份、巡视区浅层结构、地幔物质等进行科学探测与研究，将为月球资源的开发利用提供极有价值的第一手资料。



嫦娥四号探测器效果图。供图/国防科工局
由于月球背面探测的难度，嫦娥四号任务也将助推我国航天和相关学科技术的突破。

据五院研制人员介绍，要完成前无古人的月球背面之旅，嫦娥四号面临几大技术难点：地月拉格朗日L2平动点轨道精确设计与控制，地月拉格朗日L2点远距离数据中继，复杂地形环境下的安全着陆等。

为了突破这些技术难点，我国航天界将实现三个国际首次，即首次月球背面软着陆和巡视探测、首次月球拉格朗日L2点中继与探测、首次月基低频射电天文观测，以及国内首次实测月夜期间浅层月壤温度。这一重大科学创新工程的实施，将推动航天技术和其它科学领域相关技术的持续发展。



嫦娥四号探测器效果图。供图/国防科工局
问题3：新月球车与“玉兔”号有何不同?

今年8月15日，嫦娥四号月球车外观在北京首次亮相，与“玉兔”恰似孪生姐妹。嫦娥四号月球车总重量约140公斤，是全球迄今重量最小的月球车。

探月工程副总指挥、国家国防科工局探月与航天工程中心主任刘继忠介绍，嫦娥四号月球车基本继承了“玉兔号”的状态，但针对月球背面复杂的地形条件、中继通信新的需求和科学目标实际需要，作了适应性更改和有效载荷配置调整。

工作在月球表面，月球车将面临多种极端条件的考验。

2013年12月15日，嫦娥三号着陆器与巡视器分离，“玉兔号”抵达月球表面。据中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁介绍，月球环境曾对“玉兔号”造成影响，例如月夜极低气温导致“玉兔号”裸露在外的电缆发生了故障。



嫦娥四号月球车效果图。供图/国防科工局
而基于“玉兔号”的任务经验，嫦娥四号针对其遇到的问题进行了针对性改进。吴伟仁说，嫦娥四号的月球车仅在电缆钩挂、摩擦方面就做了上千次试验，同时也尽量减少电缆裸露在外的面积，减少电缆的故障风险。

吴伟仁透露，嫦娥三号着陆器和月球车设计寿命分别为1年和3个月，但最终月球车工作了2年9个月，着陆器目前仍在运行，工作5年状态依然很好。嫦娥四号月球车设计寿命也是3个月，但预计工作时间将比“玉兔号”更长。

问题4、半年前发射的“鹊桥号”与嫦娥四号有什么关系?

今年5月21日，“鹊桥”中继卫星发射升空，也被称为嫦娥四号任务的先声。

嫦娥四号探测器包括着陆器和巡视器(即月球车)(此前探月工程办公室曾面向全社会为月球车征名，目前名称尚未发布)，但嫦娥四号系统里还有一个“信使”――“鹊桥”中继卫星。

由于嫦娥四号降落在月球背面，月球背面始终与地球“背对背”，无法直接与地球通信。为了解决通信问题，科学家找到了一个能同时“看到”地球和月球的位置――地月拉格朗日L2点，该点位于地月球心连线上靠近月球的一侧，距月球约6.5万公里，并在这里部署了一颗通信卫星。

“鹊桥号”已经于今年5月21日发射升空，目前运行在地月拉格朗日L2点Halo轨道上，是人类历史上第一颗地球轨道外专用中继通信卫星。任务中，地球地面和嫦娥四号都先发射信号给“鹊桥号”，再由其转发给另一方。

过去60年，人类发射了100多个月球探测器，包括65个月球着陆器，但仅有不载人的环绕月球轨道器和载人的阿波罗号飞船“看”到过月球背面。主要是由于从地球向月球背面发射通讯信号，会受到月球整体阻挡，地面通信和测控的难题，阻挡了月球背面着陆计划。                                                              ?