嫦娥四號為何要去月球背面

馮華

2018年12月8日2時23分，嫦娥四號探測器在西昌衛星發射中心成功發射，向遙遠的太空飛去。它的目的地，是月球背面。后續經歷地月轉移、近月制動、環月飛行之后，嫦娥四號探測器實現了人類首次月球背面軟著陸，開展月球背面就位探測及巡視探測。

月球背面究竟面目如何？探索月球背面又有何意義？嫦娥四號開展哪些科學研究？我國探月工程走過怎樣的歷程？讓我們循著“嫦娥”的“奔月”軌跡去一探究竟。

月球背面有什么

嫦娥四號是嫦娥三號的備份星。2014年，嫦娥三號任務圓滿完成后，國防科工局牽頭組織開展了嫦娥四號任務實施方案調整的論證工作。綜合考慮國際前沿、科學價值、經濟和技術可行性等因素，最終確定了月球背面軟著陸和巡視探測的總體方案。

為何要去月球背面？由于月球繞地球公轉的周期與月球自轉的周期相同，所以月球總有一面背對著地球，這一面稱之為月球背面。因此，人類在地球始終無法看到月球的背面，雖然此前已經發射了100多個月球探測器，其中還包括65個月球著陸器，但僅有不載人的環繞月球軌道器和載人的阿波羅號曾看到過月球背面。中國科學院月球與深空探測總體部主任鄒永廖介紹說：“從上世紀50年代開始，發射到月球的探測器和軌道器已經有100多個。但是從著陸器探測來說，月球背面一次都沒有。嫦娥四號首次在月球背面著陸和就位巡視，這是創造歷史的重大成就。”

此次嫦娥四號著巡組合體著陸區，位于月球背面的艾特肯盆地。它是目前發現的太陽系固體天體中最大最深的盆地，直徑大約2500公里，深度約12公里。其90%的面積都分布在月球背面，只有一小部分在月球正面，具有很高的科研價值。

鄒永廖介紹，月球分為三大地體，即克里普巖地體、斜長高地巖地體、艾特肯盆地地體。前兩個地體都已經被巡視探測過，只有艾特肯盆地地體沒有被近距離巡視探測，在科學上會有很多新發現。而且月球背面的巖石更加古老，如果能夠獲取更古老的巖石類型等物質成分信息，對我們了解月球的化學成分演化過程有很大幫助。

中國探月工程總設計師、中國工程院院士吳偉仁說：“一般認為這個盆地有可能是當時宇宙大爆炸或者后來小天體撞擊形成的，隱含著宇宙最早的一些信息。而且這個盆地的深度有12公里，有助于我們獲取月球深部物質的信息。”而嫦娥四號此次著陸將對月球背面地形地貌、礦物組分、巡視區淺層結構、地幔物質等進行科學探測與研究，為月球資源的開發利用提供極具價值的第一手資料。

更讓科學家們感興趣的是，月球背面獨特的電磁場環境和地質特征，非常適合開展低頻射電探測等空間天文學研究和月球物質成分探測等科學研究。“由于屏蔽作用，在地面上無法開展低頻射電的觀測。而月球背面的磁環境非常干凈，到月球背面開展低頻射電天文觀測，這一目標應該說是天文學家夢寐以求的，可以填補射電天文領域在低頻觀測段的空白。”鄒永廖說。

嫦娥四號任務是什么

2016年1月，嫦娥四號任務經國務院批準正式實施，包括中繼星和探測器兩次任務。為了實現著陸在月球背面的探測器與地球的測控通信和數據傳輸，我國于2018年5月21日在西昌衛星發射中心發射了“鵲橋”中繼星，搭建起地月信息聯通的“天橋”。目前，“鵲橋”中繼星進入環地月拉格朗日L2點使命軌道，狀態正常。

嫦娥四號任務的工程目標，一是研制發射月球中繼通信衛星，實現國際首次地月拉格朗日L2點的測控及中繼通信;二是研制發射月球著陸器和巡視器，實現國際首次月球背面軟著陸和巡視探測。

在科學任務方面，嫦娥四號主要是開展月球背面低頻射電天文觀測與研究;開展月球背面巡視區形貌、礦物組分及月表淺層結構探測與研究;試驗性開展月球背面中子輻射劑量、中性原子等月球環境探測研究。

“嫦娥家族”有哪些成員

在嫦娥四號發射成功之際，中國的探月之路值得盤點。探月工程也叫嫦娥工程，是我國航天繼人造地球衛星和載人航天之后的第三個里程碑，是國家重大科技專項的標志性工程。計劃在2020年前按“繞、落、回”的發展思路分3期組織實施，實現探月工程既定目標。

——探月工程一期（2004年—2009年）：2004年1月23日，國務院批準了國防科工委、財政部《關于繞月探測工程立項的請示》，標志著月球探測工程一期——繞月探測工程正式立項，從而開啟了探月工程的光榮征程。

——探月工程二期（2008年—2014年）：2008年2月15日，國務院批準探月工程二期立項。主要目標是實現在月面軟著陸，開展月面就位探測與自動巡視勘察。

——探月工程三期（2011年至今）：2011年1月7日，國務院批準探月工程三期立項，標志著探月工程“繞、落、回”三步走最后一步正式啟動。三期工程擬實施兩次采樣返回任務，分別命名為嫦娥五號和嫦娥六號任務，將首次采用無人月球軌道交會對接方式實現月面自主采樣返回。為降低工程風險，探月三期決定實施一次再入返回飛行試驗。再入返回飛行試驗驗證了地月空間往返一系列關鍵技術任務。

從探月工程一期至今，截至嫦娥四號任務前，我國共進行了4次發射，可謂成果顯著。

——2007年10月24日嫦娥一號成功發射，11月26日，嫦娥一號衛星傳回第一幅月球圖片數據，標志著探月工程一期任務圓滿成功。嫦娥一號衛星在軌有效探測16個月，于2009年3月1日受控撞月，為工程畫上圓滿的句號。探月工程一期首次實現我國自主研制的衛星進入月球軌道;利用CCD立體相機對月球進行環繞探測，獲取了120米分辨率的全月影像圖以及鈾元素含量分布圖等。

——嫦娥二號任務。2010年10月1日嫦娥二號成功發射，經過在軌探測10個月后，于2011年8月25日飛赴日地拉格朗日L2點，并進行環繞探測;環繞探測近半年后，飛離L2點，于2012年12月13日，與圖塔蒂斯小行星近距離交會并獲得清晰圖像;之后飛向更遠的深空，成為我國首顆繞太陽飛行的人造小行星，創造了中國航天器最遠飛行紀錄。嫦娥二號為嫦娥三號驗證了部分關鍵技術，詳勘了落月區域;在月球軌道有效探測10個月，利用改進的CCD立體相機對月球進行了環繞探測，獲取了世界上首幅7米分辨率的全月圖和1.5米分辨率的局部圖;利用γ射線譜儀、高能粒子探測器、太陽風離子探測器發現了月表鉻元素和微磁層、太陽風加減速等現象;獲取了圖塔蒂斯小行星的清晰圖像;創造了中國航天器最遠的飛行紀錄。

——嫦娥三號任務。2013年12月2日嫦娥三號成功發射，14日探測器如期著陸，15日著陸器與巡視器（玉兔號月球車）成功互拍，標志著嫦娥三號任務取得圓滿成功。嫦娥三號任務是我國首次在地外天體軟著陸，為中國航天開創了月面就位探測和機器人巡視探測的新模式。創造了首次研發地外著陸、巡視航天器平臺，且實現月面遙操作等中國航天的多個首次。

——再入返回飛行試驗任務。2014年10月24日，探月工程三期再入返回飛行試驗器發射，經過8天的飛行，11月1日，在距地球5000公里處服務艙與返回器受控分離，返回器以“半彈道跳躍式”高速再入地球大氣層，安全精確著陸在內蒙古四子王旗，為嫦娥五號任務奠定了堅實的技術基礎。此后，服務艙順利完成了大橢圓停泊軌道飛行段、地月轉移段、地月L2點環繞飛行段、近月制動段和環月飛行段共5個階段的拓展試驗，取得豐碩成果。