“十二五”中國(guó)空間探測(cè)活動(dòng)回顧

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“十二五”中國(guó)空間探測(cè)活動(dòng)回顧

The 12th Five-year Plan in Review: China's Space Exploration Activities

“十二五”期間，我國(guó)空間探測(cè)活動(dòng)取得了突出成就。嫦娥－2繞月探測(cè)器開(kāi)展了多項(xiàng)拓展試驗(yàn)，包括探測(cè)了圖塔蒂斯（Toutatis）小行星；嫦娥－3落月探測(cè)器首次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)對(duì)地球以外天體的軟著陸，使我國(guó)成為世界上第三個(gè)掌握落月探測(cè)技術(shù)的國(guó)家，同時(shí)進(jìn)行了就位探測(cè)和巡視探測(cè)，工程和科學(xué)成果雙豐收；探月工程三期再入返回飛行試驗(yàn)器（簡(jiǎn)稱試驗(yàn)器）的返回器順利著陸，表明我國(guó)已全面突破和掌握航天器以接近第二宇宙速度的高速再入返回關(guān)鍵技術(shù)，其服務(wù)艙進(jìn)行了多項(xiàng)重要的拓展試驗(yàn)。

1 2011年我國(guó)空間探測(cè)相關(guān)活動(dòng)

2011年4月1日，嫦娥－2繞月探測(cè)器半年設(shè)計(jì)壽命期滿，全面實(shí)現(xiàn)了既定的各項(xiàng)工程目標(biāo)和科學(xué)探測(cè)任務(wù)。雖然壽命期滿，但嫦娥－2運(yùn)行狀態(tài)良好，剩余燃料較充足，全系統(tǒng)狀態(tài)正常穩(wěn)定。為最大限度發(fā)揮嫦娥－2的作用，深化和拓展月球及深空探測(cè)成果，嫦娥－2在設(shè)計(jì)壽命期滿后開(kāi)展了三項(xiàng)拓展試驗(yàn)：一是在已獲取99.9%月球圖像的基礎(chǔ)上，補(bǔ)全了月球南北兩極漏拍點(diǎn)，以期獲得世界最全的高分辨率月球圖；二是用主發(fā)動(dòng)機(jī)降軌至15km，再次對(duì)嫦娥－3預(yù)選著陸區(qū)虹灣地區(qū)進(jìn)行了高清晰度成像，以驗(yàn)證在月球背面衛(wèi)星不可監(jiān)測(cè)的條件下，導(dǎo)航控制與推進(jìn)系統(tǒng)的協(xié)同能力；三是擇機(jī)離開(kāi)了月球，飛往日地拉格朗日2點(diǎn)（L2點(diǎn)）長(zhǎng)期駐留，進(jìn)行科學(xué)探測(cè)。

2011年8月25日，經(jīng)過(guò)77天的飛行，嫦娥－2在世界上首次實(shí)現(xiàn)從月球軌道出發(fā)，受控準(zhǔn)確進(jìn)入日地L2點(diǎn)環(huán)繞軌道。9月1日，嫦娥－2與太陽(yáng)、地球、L2點(diǎn)處在同一平面內(nèi)，這標(biāo)志著嫦娥－2成功完成了各項(xiàng)拓展試驗(yàn)，使我國(guó)成為世界上繼歐洲航天局和美國(guó)之后第3個(gè)造訪日地L2點(diǎn)的國(guó)家和組織。嫦娥－2拓展試驗(yàn)的成功實(shí)施，創(chuàng)造了我國(guó)航天乃至國(guó)際航天的多個(gè)“第一”：國(guó)際上第一次從月球軌道出發(fā)探測(cè)拉格朗日點(diǎn)的航天活動(dòng)；我國(guó)第一次對(duì)月球以遠(yuǎn)的太空進(jìn)行探測(cè)；我國(guó)第一次開(kāi)展L2點(diǎn)轉(zhuǎn)移軌道和使命軌道的設(shè)計(jì)和控制，并實(shí)現(xiàn)1.5×106km遠(yuǎn)距離測(cè)控通信。

2 2012年我國(guó)空間探測(cè)相關(guān)活動(dòng)

2012年6月1日，已在日地L2點(diǎn)開(kāi)展了10個(gè)月科學(xué)探測(cè)的嫦娥－2成功變軌，進(jìn)入飛往小行星的軌道。

2012年12月13日，嫦娥－2在距地球約7×106km的深空與圖塔蒂斯小行星交會(huì)。它們交會(huì)時(shí)的相對(duì)距離約3.2km左右，相對(duì)速度10.73km/s，并用星載監(jiān)視相機(jī)對(duì)該小行星進(jìn)行了光學(xué)成像。這不僅是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)對(duì)小行星的飛越探測(cè)，也是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)對(duì)圖塔蒂斯小行星的近距離探測(cè)。

嫦娥－2對(duì)圖塔蒂斯小行星的探測(cè)，使我國(guó)成為繼美國(guó)、歐洲航天局和日本之后世界第4個(gè)探測(cè)小行星的國(guó)家。在實(shí)現(xiàn)“軌道測(cè)得準(zhǔn)、衛(wèi)星控得住、圖像拍得好”的工程目標(biāo)后，嫦娥－2工程完美收官。

嫦娥－2奔向L2點(diǎn)示意圖

嫦娥－2拍攝的圖塔蒂斯小行星

嫦娥－2再拓展試驗(yàn)的成功實(shí)施，突破并驗(yàn)證了衛(wèi)星對(duì)小天體探測(cè)的軌道設(shè)計(jì)與飛行控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)航天飛行從4×105～7×106km以遠(yuǎn)的跨越；為嫦娥－3任務(wù)新建成的喀什35m、佳木斯66m大型深空站和上海65m甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（VLBI）站提供了最佳合作目標(biāo)，驗(yàn)證了天地測(cè)控設(shè)備的正確性和協(xié)調(diào)性；我國(guó)第一次綜合利用光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)圖塔蒂斯小行星的飛行軌道精確測(cè)定，進(jìn)一步驗(yàn)證并完善了國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)對(duì)小行星的軌道觀測(cè)數(shù)據(jù)；開(kāi)辟了我國(guó)航天活動(dòng)一次發(fā)射開(kāi)展月球、日地L2點(diǎn)、小行星等多目標(biāo)、多任務(wù)探測(cè)的先河。這些都為我國(guó)未來(lái)開(kāi)展月球以遠(yuǎn)的深空探測(cè)積累了寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)。

3 2013年我國(guó)空間探測(cè)相關(guān)活動(dòng)

2013年12月2日，我國(guó)用長(zhǎng)征－3B改進(jìn)型火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功把嫦娥－3落月探測(cè)器直接送入地月轉(zhuǎn)移軌道。12月14日，嫦娥－3在月面軟著陸，首次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)對(duì)地球以外天體的軟著陸。12月15日，玉兔號(hào)月球車與嫦娥－3著陸器分離，踏上月面。12月15日，嫦娥－3著陸器與玉兔號(hào)月球車互相拍照，它標(biāo)著著嫦娥－3任務(wù)取得圓滿成功，使我國(guó)成為世界第三個(gè)掌握落月探測(cè)技術(shù)的國(guó)家，從而在世界探月第二集團(tuán)中處于領(lǐng)先地位。

嫦娥－3由著陸器和巡視器（俗稱月球車，名為玉兔號(hào)）組成，相當(dāng)于發(fā)射了2個(gè)月球探測(cè)器，分別開(kāi)展就位探測(cè)和巡視探測(cè)，這在國(guó)際上也是首次。而且它還首次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)航天器在地外天體巡視探測(cè)；首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)月面探測(cè)器的遙操作；首次實(shí)現(xiàn)了探測(cè)器在極端溫度環(huán)境下的月面生存等。這些使我國(guó)航天技術(shù)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，有力地推動(dòng)了空間科學(xué)研究的進(jìn)步。

嫦娥－3著陸器拍攝的玉兔號(hào)月球車在月面工作的實(shí)景

其著陸器在落月時(shí)克服了反推減速、自主控制、著陸緩沖三大技術(shù)難點(diǎn)。與此前國(guó)外的落月探測(cè)器著陸相比，嫦娥－3著陸的特點(diǎn)是可以懸停、避障，而不是盲落，從而大大增加了著陸的安全性。實(shí)踐證明，嫦娥－3設(shè)計(jì)合理、制造精良、操作無(wú)誤，所以它不僅安全落在了月球19.5°（W）、44.1°（N）的虹灣以東區(qū)域，而且非常平坦，只有1°～2°傾斜，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于小于15°傾斜的要求，為后續(xù)順利開(kāi)展科學(xué)探測(cè)奠定了基礎(chǔ)。

其巡視器采用了高精度月面視覺(jué)識(shí)別、月面巡視動(dòng)態(tài)規(guī)劃、視覺(jué)定位技術(shù)路徑規(guī)劃、機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制和虛擬現(xiàn)實(shí)操作與控制等新技術(shù)。依靠視覺(jué)完成定位在我國(guó)是首次，地面遙操作人員是通過(guò)月球車周邊環(huán)境的立體圖像，根據(jù)探測(cè)目標(biāo)進(jìn)行路徑規(guī)劃和移動(dòng)控制，包括抵達(dá)目標(biāo)后規(guī)劃遙控機(jī)械臂進(jìn)行探測(cè)。

玉兔號(hào)月球車用其全景相機(jī)中的右相機(jī)拍攝的嫦娥－3著陸器

嫦娥－3利用發(fā)動(dòng)機(jī)反推減速在月面軟著陸過(guò)程示意圖

嫦娥－3在落月后經(jīng)受住月球晝夜極端溫差的考驗(yàn)而“存活”下來(lái)。它首次采用了同位素?zé)嵩匆约皩?dǎo)熱流體回路、隔熱組件、散熱面設(shè)計(jì)、電加熱器、低重力環(huán)境下機(jī)構(gòu)的重復(fù)展開(kāi)與收攏技術(shù)、月塵環(huán)境下機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑與密封技術(shù)等，以確保艙內(nèi)溫度控制在－20～50℃之間，使探測(cè)器系統(tǒng)能順利度過(guò)月夜，太陽(yáng)一出來(lái)，可通過(guò)探測(cè)器上的光照自主喚醒電路，重新展開(kāi)的太陽(yáng)電池翼繼續(xù)工作。白天時(shí)，探測(cè)器的太陽(yáng)電池翼還要調(diào)整角度，避免被陽(yáng)光照射得太熱，最熱的月午，還要進(jìn)行“午休”。

它實(shí)現(xiàn)了三個(gè)科學(xué)目標(biāo)：一是調(diào)查了著陸區(qū)與巡視區(qū)月表地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造；二是調(diào)查了著陸區(qū)與巡視區(qū)月表物質(zhì)成分、月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及可利用資源；三是探測(cè)了地球等離子體層以及開(kāi)展月基光學(xué)天文觀測(cè)。嫦娥－3在世界上首次使用了極紫外相機(jī)、月基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和測(cè)月雷達(dá)3種科學(xué)探測(cè)儀器，完成了“觀天、看地、測(cè)月”三大科學(xué)任務(wù)，從而幫助我國(guó)科學(xué)家更加準(zhǔn)確、更加直接地了解神秘美麗的月亮。

4 2014年我國(guó)空間探測(cè)相關(guān)活動(dòng)

嫦娥－3著陸器圓滿完成第13個(gè)月晝的全部預(yù)定工作

2014年1月23日，玉兔號(hào)月球車與相距24m的嫦娥－3著陸器進(jìn)行了首次通信，為未來(lái)深空探測(cè)和建立空間站等打好了通信基礎(chǔ)。它們通過(guò)特高頻（UHF）頻段通信鏈路傳遞信息，這是一種單項(xiàng)通信設(shè)備，即只能由玉兔號(hào)月球車給嫦娥－3著陸器發(fā)送信息，著陸器可以接收，然后轉(zhuǎn)發(fā)給地球上的接收站，但不能發(fā)信息給玉兔號(hào)。它使我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)了地外天體表面的器間無(wú)線電通信。

到2014年底，嫦娥－3著陸器工作正常，但玉兔號(hào)月球車在進(jìn)入第二個(gè)月夜休眠前出現(xiàn)了機(jī)構(gòu)控制異常情況，只能停在原地進(jìn)行就位探測(cè)。

2014年12月15日，嫦娥－3著陸器圓滿完成第13個(gè)月晝的全部預(yù)定工作，順利進(jìn)入月夜休眠。截至2014年12月14日21：14，嫦娥－3登陸月球已滿1年。1年來(lái)，北京航天飛行控制中心精心護(hù)航嫦娥－3，先后進(jìn)行了13次月夜休眠和月晝喚醒，成功經(jīng)受住歷次月夜極寒環(huán)境的考驗(yàn)；分別于2014年4月5日和10月8日安全度過(guò)2次月食。從2014年12月15日起，嫦娥－3著陸器開(kāi)始超期服役。

探月工程三期再入返回飛行試驗(yàn)獲得圓滿成功

2017年前后，我國(guó)將執(zhí)行嫦娥－5月球采樣返回任務(wù)，即用返回艙把月球上的2kg樣品帶回地球在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行精查。不過(guò)，與“神舟”飛船返回艙以大約7.9km/s的第一宇宙速度返回地面不同，未來(lái)的嫦娥－5返回器將以接近11.2km/s的第二宇宙速度返回再入大氣層。這項(xiàng)技術(shù)十分復(fù)雜，無(wú)法通過(guò)地面模擬得到充分驗(yàn)證，所以是未來(lái)嫦娥－5月面采樣、月面上升、月球軌道交會(huì)對(duì)接、再入返回四大關(guān)鍵技術(shù)中最難的一項(xiàng)，風(fēng)險(xiǎn)很大。

為此，我國(guó)決定先發(fā)射探月工程三期再入返回飛行試驗(yàn)器（簡(jiǎn)稱試驗(yàn)器），以突破航天器以接近第二宇宙速度再入返回這一關(guān)鍵技術(shù)。它先飛抵月球附近，接著，自動(dòng)返回地球，最后采用半彈道跳躍式以接近第二宇宙速度再入大氣層，在內(nèi)蒙古中部地區(qū)以傘降形式著陸。采用彈起然后再入的方式再入返回地球可以拉長(zhǎng)試驗(yàn)器再入距離，達(dá)到降能減速的目的，確保飛行器返回順利。

2014年10月24日，試驗(yàn)器升空。同年11月1日，試驗(yàn)器的返回器在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域順利著陸。這是我國(guó)航天器第一次在繞月飛行后再入返回地球，它的成功表明，我國(guó)已全面突破和掌握航天器以接近第二宇宙速度的高速再入返回關(guān)鍵技術(shù)。

試驗(yàn)器由服務(wù)艙和返回器兩部分組成，總質(zhì)量為2t多，返回器安裝在服務(wù)艙上部。服務(wù)艙以嫦娥－2繞月探測(cè)器平臺(tái)為基礎(chǔ)進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)設(shè)計(jì)，具備留軌開(kāi)展科研試驗(yàn)功能；返回器為新研產(chǎn)品，采用鐘罩側(cè)壁加球冠大底構(gòu)型，質(zhì)量約330kg，具備返回著陸功能，與探月三期正式任務(wù)中返回器的狀態(tài)基本保持一致。

這次飛行任務(wù)驗(yàn)證了探月三期的六項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：一是驗(yàn)證了返回器氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)技術(shù)；二是驗(yàn)證了返回器防熱技術(shù)；三是驗(yàn)證了返回器半彈道跳躍式高速再入導(dǎo)航制導(dǎo)與控制系統(tǒng)技術(shù)；四是驗(yàn)證了月地返回及再入返回地面測(cè)控支持能力；五是驗(yàn)證了返回器可靠著陸技術(shù)；六是驗(yàn)證了返回器可靠回收技術(shù)。

試驗(yàn)器采用繞月自由返回軌道，經(jīng)歷了發(fā)射段、地月轉(zhuǎn)移段、月球近旁轉(zhuǎn)向段、月地轉(zhuǎn)移段、返回再入段和回收著陸段6個(gè)階段。它離地面約5000km時(shí)服務(wù)艙和返回器分離，服務(wù)艙進(jìn)行規(guī)避機(jī)動(dòng)，返回器在該階段首先滑行飛行，在距離地面約120km高處，返回器以再入姿態(tài)和接近第二宇宙速度進(jìn)入大氣層。

試驗(yàn)器的返回器采用半彈道跳躍式再入返回示意圖

這次任務(wù)的完成實(shí)現(xiàn)了四大技術(shù)突破：高速的氣動(dòng)力、氣動(dòng)熱技術(shù)；高熱量、大熱流的熱防護(hù)技術(shù)；高精度、高動(dòng)態(tài)的制導(dǎo)導(dǎo)航控制技術(shù)；長(zhǎng)距離、大范圍的再入回收測(cè)控技術(shù)。它也實(shí)現(xiàn)了我國(guó)航天的多個(gè)“首次”，例如，首次讓航天器從月球回到地球；首次采用半彈道跳躍式返回地球；首次突破了第二宇宙速度再入情況下的一些防熱技術(shù)；首次采用“8”字形的繞月自由返回軌道。

在這次飛行試驗(yàn)過(guò)程中，主要獲取了三方面的數(shù)據(jù)：安全數(shù)據(jù)記錄器（黑匣子）存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；返回器防熱層測(cè)量數(shù)據(jù)；地面測(cè)控站對(duì)返回器直接測(cè)量和接收的數(shù)據(jù)。目前，獲得了以下初步結(jié)論：航程、開(kāi)傘點(diǎn)位置精度和落點(diǎn)位置精度均滿足要求；飛行過(guò)程中，力學(xué)過(guò)載滿足要求；實(shí)際飛行氣動(dòng)特性符合理論預(yù)期；回收系統(tǒng)工作正常，著陸速度符合設(shè)計(jì)預(yù)期；返回器燒蝕形貌符合預(yù)期；返回器內(nèi)部溫度符合要求；返回器內(nèi)部設(shè)備工作正常，落地后結(jié)構(gòu)完整；獲取了全部飛行數(shù)據(jù)，內(nèi)容完整、有效。總體來(lái)看，實(shí)現(xiàn)了全部飛行目標(biāo)，全面突破和掌握了高速半彈道跳躍式再入返回技術(shù)。

首次展出我國(guó)火星車模型

2014年6月，已成為我國(guó)首個(gè)人造太陽(yáng)系小行星的嫦娥－2在與地球之間距離為1.0×108km處仍能進(jìn)行測(cè)控通信，從而為我國(guó)未來(lái)的火星探測(cè)奠定基礎(chǔ)。嫦娥－2向更遠(yuǎn)的深空飛行，既可驗(yàn)證我國(guó)測(cè)控通信系統(tǒng)的傳輸能力，也能測(cè)試國(guó)產(chǎn)元器件壽命。

在2014年11月舉行的第十屆“珠海航展”上，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司首次展出了我國(guó)火星車模型。據(jù)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)透露，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)已完成論證，目標(biāo)是通過(guò)一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞探測(cè)和巡視探測(cè)，獲取自主火星探測(cè)科學(xué)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)深空探測(cè)技術(shù)的跨越。

5 2015年我國(guó)空間探測(cè)相關(guān)活動(dòng)

嫦娥-3成果一瞥

嫦娥－3落月探測(cè)器在月面工作期間，成功采集天文圖像，獲取地球等離子體層觀測(cè)結(jié)果，多方位測(cè)月，獲得了多項(xiàng)科學(xué)成果。例如，2015年3月12日，我國(guó)科學(xué)家在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表了玉兔號(hào)月球車的新發(fā)現(xiàn)——月球的地質(zhì)史比人們此前認(rèn)為的更為復(fù)雜。由玉兔號(hào)上的測(cè)月雷達(dá)探測(cè)到的數(shù)據(jù)顯示，嫦娥－3著陸區(qū)表面下至少分為9層結(jié)構(gòu)，這表明在那里曾有多個(gè)地質(zhì)學(xué)過(guò)程發(fā)生，對(duì)于探索月球的巖漿演化歷史和后期改造作用具有非常重要的意義。2015年12月22日，科研人員在英國(guó)《自然·通訊》上刊文透露，玉兔號(hào)月球車發(fā)現(xiàn)了新的月球巖石品種，這有助于研究月球近期火山活動(dòng)。迄今為止，從月球采集的玄武巖樣本中的鈦元素含量要么特別高，要么特別低。但玉兔號(hào)檢測(cè)了在一座環(huán)形山附近的“年輕”巖石樣本后發(fā)現(xiàn)，這里玄武巖的鈦含量處于中游水平，鐵含量則相當(dāng)高。這是非常重要的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樾鋷r所含礦物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與成分能夠透露出形成玄武巖巖漿的信息。此次研究成果還能幫助科學(xué)家更好地分析軌道探測(cè)器的月面觀測(cè)結(jié)果。

另外，截至2015年底，嫦娥－3已在月面度過(guò)2年，著陸器大部分設(shè)備仍在工作，成為全球在月表工作時(shí)間最長(zhǎng)的人造航天器。

首次展出的我國(guó)1∶1火星巡視器（火星車）模型

2015年10月5日，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)（IAU）在其官網(wǎng)上公布：批準(zhǔn)將嫦娥－3探測(cè)器著陸點(diǎn)周邊區(qū)域命名為“廣寒宮”，其附近的3個(gè)撞擊坑分別命名為“紫微”、“天市”和“太微”。這是繼2010年8月我國(guó)首次命名月球地名之后的又一次獲批，表明了中國(guó)在月球探測(cè)和行星科學(xué)研究方面的國(guó)際影響力正在逐步提高。

試驗(yàn)器的服務(wù)艙進(jìn)行多項(xiàng)拓展試驗(yàn)

在探月工程三期再入返回飛行試驗(yàn)器的返回器安全準(zhǔn)確著陸后，為了最大限度利用服務(wù)艙的能力，又拉升了服務(wù)艙軌道，進(jìn)一步開(kāi)展了以下幾項(xiàng)拓展試驗(yàn)：①遠(yuǎn)地點(diǎn)540000km、近地點(diǎn)600km大橢圓軌道拓展試驗(yàn)和地月L2點(diǎn)軌道飛行試驗(yàn)；②返回傾斜環(huán)月軌道近月制動(dòng)飛行驗(yàn)證；③月球軌道交會(huì)對(duì)接遠(yuǎn)程導(dǎo)引飛行過(guò)程驗(yàn)證；④環(huán)月圓軌道演化特性和軌道環(huán)境探測(cè)；⑤服務(wù)艙搭載設(shè)備在軌試驗(yàn)，等等。

2015年3月3日～7日，試驗(yàn)器的服務(wù)艙完成了第三階段拓展試驗(yàn)，模擬了嫦娥－5上升器與軌道器在月球軌道交會(huì)對(duì)接之前的飛行控制過(guò)程，驗(yàn)證了嫦娥－5上升器遠(yuǎn)程導(dǎo)引控制策略、天地協(xié)同控制時(shí)序、軌道測(cè)量與飛行控制精度等相關(guān)技術(shù)，獲取了試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，評(píng)估了軌道設(shè)計(jì)和交會(huì)方案，為后續(xù)嫦娥－5任務(wù)順利實(shí)施提供了參考。它包括兩部分內(nèi)容：首先通過(guò)3次控制，將服務(wù)艙飛行軌道由200km環(huán)月圓軌道降低至近月點(diǎn)18km、遠(yuǎn)月點(diǎn)180km的軌道；然后進(jìn)行4次遠(yuǎn)程導(dǎo)引控制，模擬嫦娥－5上升器由距離月面18km處開(kāi)始，通過(guò)不斷調(diào)整姿態(tài)和軌道，追趕軌道器，最終飛行至適合于兩器交會(huì)對(duì)接位置的過(guò)程。

在第二和第三階段試驗(yàn)中，服務(wù)艙分別扮演了嫦娥－5任務(wù)的軌道器和上升器兩個(gè)角色，先后模擬了這兩個(gè)飛行目標(biāo)在月球軌道交會(huì)對(duì)接之前的相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程和飛行控制過(guò)程。

試驗(yàn)器的服務(wù)艙環(huán)繞地月L2點(diǎn)飛行示意圖

此后，服務(wù)艙進(jìn)行了嫦娥－5采樣區(qū)成像等第四階段試驗(yàn)，并擇機(jī)開(kāi)展了月球重力場(chǎng)反演等科學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目。成像飛行任務(wù)于8月30日～9月2日進(jìn)行，服務(wù)艙同時(shí)采用雙分辨率相機(jī)的寬視場(chǎng)相機(jī)與窄視場(chǎng)相機(jī)，對(duì)嫦娥－5預(yù)定采樣區(qū)進(jìn)行了遙感成像。成像時(shí)，服務(wù)艙飛行高度距月面30km。為開(kāi)展成像任務(wù)，8月28日，服務(wù)艙按計(jì)劃實(shí)施降軌控制，進(jìn)入了近月點(diǎn)30km、遠(yuǎn)月點(diǎn)80km的預(yù)定軌道。

雙分辨率窄視場(chǎng)相機(jī)拍攝的月面圖像

服務(wù)艙于2015年9月2日完成對(duì)嫦娥－5預(yù)定采樣區(qū)遙感成像飛行任務(wù)，獲取了該區(qū)域地形地貌信息，為嫦娥－5任務(wù)月面軟著陸和采樣區(qū)域的選擇提供了依據(jù)。其圖像分辨率1m左右，已處理的圖像效果良好。接下來(lái)又擇機(jī)開(kāi)展了月球重力場(chǎng)反演等科學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目。

服務(wù)艙拓展試驗(yàn)獲得了多項(xiàng)成果。例如，獲取了地月L2點(diǎn)轉(zhuǎn)移軌道、使命軌道的軌道特性與控制經(jīng)驗(yàn)，為嫦娥－5的軌道控制進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證；驗(yàn)證了交會(huì)對(duì)接方案中快速測(cè)定軌精度和遠(yuǎn)程導(dǎo)引過(guò)程中多次機(jī)動(dòng)飛向控制時(shí)序設(shè)計(jì)的正確性，為降低嫦娥－5的著陸風(fēng)險(xiǎn)和提高安全性提供支持；考核了工程設(shè)備的在軌工作情況。此外，還利用雙分辨率相機(jī)對(duì)嫦娥－5采樣區(qū)開(kāi)展觀測(cè)，盡可能獲取采樣區(qū)動(dòng)力下降航跡區(qū)的地形地貌。

嫦娥－4將率先實(shí)現(xiàn)月球背面軟著陸

我國(guó)科研人員在對(duì)嫦娥－2探測(cè)數(shù)據(jù)的深度挖掘后，于2015年11月2日在《自然》出版集團(tuán)旗下期刊《科學(xué)報(bào)告》在線發(fā)表了研究成果，成功揭示了近地小行星圖塔蒂斯表面的碎石分布特征。

2015年11月30日，在國(guó)防科技工業(yè)局召開(kāi)的探月工程重大專項(xiàng)領(lǐng)導(dǎo)小組第14次會(huì)議上，審議通過(guò)了嫦娥－4任務(wù)實(shí)施方案的調(diào)整報(bào)告、研制總要求及后續(xù)總體研制計(jì)劃，中國(guó)嫦娥－4任務(wù)將實(shí)現(xiàn)世界首次月球背面軟著陸。

嫦娥－4原是嫦娥－3的備份，在嫦娥－3任務(wù)圓滿完成后，為充分利用已有產(chǎn)品條件，開(kāi)展具有創(chuàng)新性和引領(lǐng)性的探測(cè)活動(dòng)，論證小組深入研究、充分論證，最終確定嫦娥－4任務(wù)的調(diào)整后的實(shí)施方案。

月球背面是月球永遠(yuǎn)背對(duì)地球的那一面，與月球正面不同的是，背面月海較少而多撞擊坑。此外，來(lái)自地球的電磁波干擾在月球背面都會(huì)被遮蔽掉，月球背面電磁環(huán)境非常干凈，是天文學(xué)家夢(mèng)寐以求開(kāi)展低頻射電研究的場(chǎng)所。

因此，嫦娥－4搭載的載荷與前往月球正面著陸的嫦娥－3不同。如果嫦娥－4攜帶1個(gè)低頻射電頻譜儀前往月球背面，將實(shí)現(xiàn)人類首次在月球背面開(kāi)展天文觀測(cè)。而月球背面無(wú)法直接與地球進(jìn)行通信，在嫦娥－4抵達(dá)月球背面前，需要發(fā)射1顆中繼衛(wèi)星前往地月L2點(diǎn)，為地球與嫦娥－4之間的通信提供服務(wù)，該衛(wèi)星預(yù)計(jì)在2018年左右發(fā)射。

雖然人類對(duì)月球探測(cè)已有半個(gè)多世紀(jì)，目前除環(huán)繞月球的繞月探測(cè)器在軌道上拍攝過(guò)月球背面的圖片外，尚未有月球探測(cè)器實(shí)現(xiàn)月球背面著陸，嫦娥－4與地月L2點(diǎn)的中繼衛(wèi)星將創(chuàng)造人類航天史上的奇跡。

諸葛匯/文