“鵲橋”連天地 “嫦娥”吻“月背”

蘇更新

“七夕今宵看碧霄，牽牛織女渡河橋。”七夕節要到了，相傳在每年的農歷七月初七的晚上，織女與牛郎都會在鵲橋相會。不過，今年的“鵲橋”比較忙，在給牛郎、織女牽線之前，它還得去替“嫦娥”先去趟月球！

皎潔明月懸夜空 神秘“月背”倉謎團

探測月球的美好愿景令人神往，然而進軍“月背”（月球背面）談何容易！46年前，美國曾計劃發射“阿波羅18號”登陸“月背”，但由于未能突破“月背”和地面的通信難題而被迫放棄。

我國第一個探月工程——“嫦娥工程”于2004年3月1日正式啟動。2007年10月24日，我國“嫦娥一號”繞月探測器載著中華民族的“奔月”夢想，踏上了飛奔月空的漫漫旅程。之后，“嫦娥二號”，“嫦娥三號”以及“嫦娥五號”相繼奔赴月球，完成了既定的科學探測目標，為后續探月積累了寶貴的經驗。

2018年年底，我國將發射“嫦娥四號”登月探測器。“嫦娥四號”原本是“嫦娥三號”的一個備份星，然而被賦予了更加艱巨的探月使命，那就是在“月背”進行“軟著陸”，從而揭示“月背”的更多秘密。

或許同學們會疑惑，為什么科學家對“月背”情有獨鐘呢？人類探月的目的就在于了解月球的前世今生，從而為開發太空資源以及深空探測提供科學依據。然而，科學認識月球，需要關于月球的完整資料的支撐。如果沒有“月背”探測數據的支撐，那么人類對月球的認識總是不完備的。

有趣的是，月球在運行過程中總是把靚麗的那一面對著我們，這就是我們通常所說的“皎潔之月”，而我們卻始終無法看到月球的背面。人們對于“月背”有著各種各樣的猜測，其中不乏外星人基地之說。我國的“嫦娥”系列月球探測器多次飛臨月球，獲得了“月背”的大量探測數據，包括地形地貌、物質成分、表面環境等詳細信息。

也許，迄今科學家并沒有發現所謂的外星人基地，也沒有發現人為活動的蹤跡，然而，神秘的“月背”還是激發了人類的探索熱情，這就是人類走向月球和進行深空探測不可回避的一個環節。

為什么我們看不到“月背”？

月球的自轉周期與其繞地球公轉的周期是一樣的，都是27.3天。這樣一來，對于地球觀察者來說，就永遠無法看到月球的背面了。

如果月球只是繞地球公轉而沒有自轉的話，那么它公轉一圈，我們就能看到它的全部了。然而，月球的自轉周期與公轉周期是相同的，這是由于地球對月球強大的潮汐作用造成的。因此，月球公轉了多少，就自轉了多少，所以我們永遠看不到月球的另一面。

不過，這只是一個近似的說法。由于月球的運動既復雜又不均勻，而且月球內部物質的分布也是不均勻的，因此月球的“臉”還是會發生一些變化的。一般來說，月球的“臉”有41%是始終面向我們的，有18%是時隱時現的，有41%是我們永遠看不到的。

破解“月背”原始“密碼”

揭開月球千古“啞謎”

根據此前拍攝的“月背”照片，“月背”看起來只是一片保存了近40億年之久的荒涼大陸，地貌崎嶇不平，甚至找不出一塊平坦的場地來做宇宙飛船的登陸點。并且布滿了大大小小的隕石坑和密密麻麻的環形山，這些環形山縱橫交錯，重疊相連，有的綿延數百千米。

神秘的“月背”無疑是一個具有挑戰性的“啞謎”，但我國科學家依然知難而進。我們賴以生存的地球曾經經歷了多次滄海桑田，早期的地質歷史痕跡已經不復存在。還原地球的歷史，一個可能的途徑就是從月求的地質記錄中尋找答案。從這個意義上來說，“月背”的價值是得天獨厚的！相對于月球正面來說，“月背”的地質構造更為古老，保留著更為原始的自然狀態，因此是研究月球和地球早期歷史的理想樣本。

同時，“月背”獨特的環境優勢也具有重要的利用價值。由于“月背”屏蔽了來自地球的各種無線電干擾信號，因此是監聽來自宇宙深處微弱電磁信號的理想場所。

“嫦娥四號”登月探測器的“月背”之旅，將開啟“月背”探測的新征程。“嫦娥四號”不僅有望破解“月背”的原始“密碼”，而且有助于揭開月球的千古“啞謎”，其科學意義是十分深遠的。

登陸月球本身就是一個極具挑戰性的難題，而登陸“月背”則要比登陸月球正面更難。由于月球本身的阻隔，在“月背”飛行和著陸的探測器，是不能直接與地面進行無線電通信的。沒有了通信，就等于沒有了交流，科學家自然就無法了解探測器的運行狀況，精準控制也就成了空談。

為了確保“嫦娥四號”能在“月背”安全著陸，我國科學家開創性地提出了地月中繼通信的科學想法。“鵲橋”中繼衛星作為“嫦娥四號”的“先行官”，已于今年5月發射，它將成為我國空間探測的中繼“通訊站”。

“鵲橋”巧布奇妙點

遠端“嫦娥”一星牽

中繼衛星作為一個在太空運行的數據“中轉站”，其主要功能是進行天基測控和空天數據中繼，為衛星、飛船等航天器提供數據中繼和測控服務。相比于地基測控，天基測控的最大優勢就是覆蓋率高、具有實時性、經濟效益高等優點。

然而，茫茫宇宙中，“鵲橋”中繼衛星放在哪才能發揮作用呢？作為“嫦娥四號”登月探測器的中繼衛星，“鵲橋”中繼衛星將運行在地月系統拉格朗日L2點，這樣才能更好地為“嫦娥四號”登月探測器提供地月中繼通信支持和服務。

拉格朗日點是宇航領域非常重要的奇異點，因由法國數學家拉格朗日提出而得名。其中的地月系統拉格朗日L2點與人類的航天活動關系最為密切，因此是國際深空探測領域的一個熱點。

地月系統拉格朗日L2點位于地球和月球連線的延長線上，中繼衛星工作在這個點上可以實現實時對地通信。位于地球和中繼衛星之間的月球要比地球小得多，因此幾乎遮擋不住地球和中繼衛星之間的信號傳播。

工作在地月系統拉格朗日L2點的“鵲橋”中繼衛星，由于受地月引力作用平衡而保持相對穩定的狀態，因此可以節省衛星燃料，有利于對其進行軌道控制。

如今，“鵲橋”中繼衛星就像是在月地之間搭建的一座“鵲橋”，從而為“嫦娥四號”登月探測器和地面之間建立一種可靠的通信聯系通道，從而保證科學家對處于“月背”的“嫦娥四號”登月探測器了如指掌。