嫦娥四號：撩開月球背面的面紗

杭添仁

正面還是背面

俗話說“溫故知新”。要想了解嫦娥四號落月探測器任務，需要先知道中國探月工程。

中國探月工程又叫“嫦娥工程”，分繞月探測、落月探測和采樣返回探測，即“繞、落、回”三個發展階段實施。原定計劃是：嫦娥一號繞月探測器用于完成繞月探測，嫦娥二號是嫦娥一號的備份;嫦娥三號落月探測器用于完成落月探測，嫦娥四號是嫦娥三號的備份;嫦娥五號采樣返回探測器用于完成采樣返回探測，嫦娥六號是嫦娥五號的備份。

但在工程實施的過程中，由于嫦娥一號繞月探測器圓滿完成了預定任務，所以嫦娥二號改為用作探月第二階段的技術先導星，突破了嫦娥三號所要采用的六大關鍵技術;此后，嫦娥三號落月探測器也出色完成了預定任務，不過，在“嫦娥四號究竟做什么”這個問題上，有關專家意見不一致，為此爭論了兩年之久。分歧的核心是嫦娥四號是落在月球正面還是背面。

剛開始很多人都認為嫦娥四號落到月球正面，這樣比較牢靠，技術風險小，不要節外生枝了。但是嫦娥一號總指揮兼總設計師、嫦娥系列月球探測器總指揮兼總設計師顧問葉培健院士主張落到月球背面。一次在國防科工局開會，已經準備寫會議紀要，確定嫦娥四號將落在月球正面了，對此，葉培健院士對與會領導說：“我服從上級決定，只要定了我一定努力做好。但我不同意嫦娥四號落在月球正面，因為嫦娥三號已經落到過正面了，再去落一次有多大意思？”

為此，有關領導又多次組織討論，最后決定：嫦娥四號落到月球背面。葉院士認為，落到月球背面，如果成功了是一大亮點;如果不成功，因為這是人類第一次，也可以原諒。先不要講什么科學意義、技術帶動，單從邏輯學上看，落到月球背面的科學意義就是一句話：背面沒去過！

嫦娥三號著陸器

嫦娥三號月球車（玉兔號）

首先發射的中繼星

知識鏈接：

嫦娥四號有三大科學任務

①對月球背面的環境進行

研究;

②對月球背面的表面、淺深

層、深層進行研究;

③用低頻射電探測儀探測

宇宙天體。

中繼衛星打頭陣

由于在地球上永遠看不到月球的背面，所以對月球背面進行落月探測是很困難的，因為在月球背面著陸的探測器不能直接和地球站進行無線電通信，這也正是至今全世界還沒有一個國家把落月探測器發射到月球背面軟著陸的重要原因。

怎么辦？目前最好的方案就是先發射一顆月球中繼衛星，用它在地球站與在月球背面著陸的探測器之間搭建一座用于通信聯系的“橋梁”。為此，中國在發射嫦娥四號落月探測器之前將于今年5月—6月先把一顆月球中繼衛星送入地月拉格朗日2點。這顆月球中繼衛星位于月球遠端上空約8萬千米處，而且運行非常穩定。在這個點上，可以讓月球處于地球和月球中繼衛星之間，使中繼衛星能同時看到地球和月球，保證實時通信，進而解決月球背面“看不見、摸不著、無法通信”的問題，為此后發射的嫦娥四號與地球站之間提供通信鏈路。這在世界也是第一次。有了這顆月球中繼衛星，在地球上就可以對落在月球背面的嫦娥四號進行測控通信和科學數據傳輸了。

中繼衛星不僅可以將嫦娥四號著陸器和巡視器獲取的科學數據傳回地球，并通過中繼提供嫦娥四號軟著陸及月面工作期間的測控支持。同時，它還將攜帶一些試驗載荷，開展科學探測和新技術試驗。

當然，若在近年有其他國家想要去月球背面進行詳查，中國月球中繼衛星也可以提供中繼通信服務，分享科技成果。

據悉，中國將在今年12月發射嫦娥四號落月探測器。它將登陸月球南極附近的艾特肯盆地，成為世界首個在月球背面軟著陸和巡視探測的航天器。月球背面的南極-艾特肯盆地是太陽系最大的環形山，可能保存著太陽系形成之初的寶貴信息，極具探索價值！

科學載荷陣容豪華

嫦娥四號與嫦娥三號一樣，由著陸器和巡視器（又叫月球車）組成，它們所使用的平臺也基本相同，但是因為嫦娥四號與嫦娥三號科學目標差異很大，因此兩者所裝載的科學探測設備有明顯變化，其中最主要的特點是裝載了三臺國外科學載荷。

在月球中繼衛星上裝載了荷蘭的低頻射電頻譜儀。它將與位于地球上荷蘭境內的LOFAR低頻天文陣列等地面天文觀測設施聯合，首次開展43～46萬千米基線的地月空間VLBI（甚長基線干涉測量技術，是把幾個小望遠鏡聯合起來，達到一架大望遠鏡的觀測效果）射電干涉測量實驗，還將與嫦娥四號著陸器上中方研制的低頻射電頻譜儀之間形成干涉測量，有望對來自宇宙黑暗時代和黎明時期的21厘米氫譜線輻射進行探測，研究在宇宙大爆炸后的幾千萬年到一兩億年間，宇宙如何擺脫黑暗，點亮了第一顆恒星。

在嫦娥四號著陸器上裝載了德國的中子與輻射劑量探測儀。它能探測著陸區的輻射劑量，為未來的載人登月航天員的危險度進行前期評估，提供相應輻射防護的依據。

在嫦娥四號月球車上裝載了瑞典的中性原子探測儀。它對于解決太陽風與月表相互作用機制、月表逃逸層的形成和維持機制等關鍵科學問題有著重要的意義。

與嫦娥三號類似，嫦娥四號的著陸器上仍裝有降落相機、地形地貌相機，但增加了國內新研發的低頻射電頻譜儀，以及德國的中子與輻射劑量探測儀，去掉了月基光學望遠鏡、極紫外相機。低頻射電頻譜儀將利用月球背面沒有地球電磁波干擾，天然潔凈的環境，研究太陽爆發、著陸區上空的月球空間環境，還可以對來自太陽系行星的低頻射電場進行觀測，并“聆聽”來自宇宙更深處的“聲音”。

嫦娥四號的月球車上仍裝有全景相機、測月雷達、紅外成像光譜儀，但增加了瑞典的中性原子探測儀，去掉了粒子激發X射線譜儀。

嫦娥四號的著陸方式與工作狀態跟嫦娥三號也有很大區別，性能上也有很大提升。嫦娥三號是以弧形軌跡緩慢著陸，而嫦娥四號受月球背面環境影響，只能采取近乎垂直的著陸方式。特別是嫦娥三號在月夜的時候是不能工作的，嫦娥四號在月夜的情況下還能做一些測量的工作。

知識鏈接：

四大關鍵技術

要實現嫦娥四號任務的工程目標，需突破四項關鍵技術：

1.復雜地形環境條件下的安全

著陸;

2.地月拉格朗日2點軌道設計與

控制;

3.地月拉格朗日2點遠距離中繼

通信;

4.同位素溫差發電與熱電綜合

利用。

有望實現三大壯舉

嫦娥四號任務的“兩器一星”上共配置了6臺國內研制科學載荷和3臺國際科學載荷。它們將開展以低頻射電天文觀測、巡視區形貌、礦物組份及淺層結構為主的科學探測。

為了激發普通民眾特別是青少年的探索熱情，嫦娥四號還預留3千克載荷在全國范圍內征集大膽創意，現已從全國征集290多項方案，從中選擇了20項優秀項目，其中有很多中學生和大學生項目，最后將評選出3個一等獎，然后從這3個項目中選出一個項目搭載在嫦娥四號上。

嫦娥四號有望實現三大“壯舉”：首次實現人類探測器造訪月球背面;首次實現人類航天器在地月拉格朗日2點對地月中繼通信;為科學工作者提供月球背面空間科學研究平臺，獲得一批重大的原創性科學研究成果。例如，利用月球背面屏蔽地球無線電干擾的獨特條件，開展空間科學領域最前沿的低頻射電天文觀測，填補國際空白;利用月球背面保存的最古老月殼巖石的獨特條件，開展地質特征調查，有望在國際上首次建立集地形地貌、淺層結構、物質成分于一體的綜合地質剖面和演化模型，獲得對月球早期演化歷史的新認知。

（責任編輯/劉京）