嫦娥四號的難點(diǎn)與突破

黃志澄

2019年1月3日，中國發(fā)射的嫦娥四號探測器實(shí)現(xiàn)了人類首次月球背面軟著陸，并開展一系列月球背面的巡視探測。

這是人類一次前所未有的太空探秘旅程，也是太空探索技術(shù)的一次重大創(chuàng)新，充分證明了中國航天的創(chuàng)新能力。當(dāng)天，美國國家航空航天局局長吉姆·布里登斯廷（Jim Bridenstine）在社交網(wǎng)絡(luò)平臺推特（Twitter）發(fā)文向中國嫦娥四號團(tuán)隊(duì)表示祝賀，稱“這是人類史上的首次，更是一項(xiàng)令人印象深刻的成就！”

由于月球自轉(zhuǎn)周期恰好等于公轉(zhuǎn)周期，且都是逆時(shí)針方向，加上被地球潮汐鎖定，地球強(qiáng)大的引力讓月球總是一面朝向地球。因此，地球上的人類永遠(yuǎn)只能看見月球正面，看不見月球背面。

1959年10月7日，蘇聯(lián)“月球3號”探測器傳回第一張?jiān)虑虮趁娴恼掌?968年，美國“阿波羅8號”進(jìn)行首次環(huán)繞月球軌道的載人航天任務(wù)時(shí)，宇航員第一次看到了月球背面。此后直到中國嫦娥四號，世界各國共約發(fā)射了100多個(gè)月球探測器，其中包括60多個(gè)月球著陸器，但沒有任何一個(gè)月球探測器實(shí)現(xiàn)在月球背面軟著陸。

整體而言，月球背面和正面差異很大。月球背面月殼比正面更厚，在物質(zhì)成分、形貌構(gòu)造、巖石年齡等方面也有很大不同。究竟是什么原因，眾說紛紜。揭開這個(gè)未解之謎，對人類認(rèn)識月球甚至認(rèn)識宇宙都有十分重要的意義。

針對月球背面進(jìn)行探測，還可以推動(dòng)月基科學(xué)研究的不斷深入。月球背面沒有來自地球無線電波的干擾，是進(jìn)行射電天文觀測的最佳場所。開展月基低頻射電天文觀測研究，可以進(jìn)一步認(rèn)識月球的演化細(xì)節(jié)，研究宇宙起源和星球起源等；而對月表環(huán)境的探測，可以研究宇宙粒子輻射和太陽風(fēng)等。

實(shí)現(xiàn)這次“前無古人”的月球背面之旅，嫦娥四號攻克了三個(gè)主要技術(shù)難點(diǎn)：一是復(fù)雜地形環(huán)境下的安全著陸問題。嫦娥四號首選著陸區(qū)為月球南極的艾特肯盆地。與嫦娥三號著陸區(qū)整體較為平坦不同，艾特肯盆地地形比較崎嶇，撞擊坑大且分布密集，對探測器著陸區(qū)的選擇和著陸精度提出了更高要求。二是測控通信問題。由于月球正面的遮擋，月球背面沒有通信信號，無法與地球?qū)嵤┻m時(shí)通信，因此，嫦娥四號與地面的通信聯(lián)絡(luò)要由“鵲橋”中繼衛(wèi)星擔(dān)任。“鵲橋”中繼衛(wèi)星設(shè)在地月拉格朗日L2點(diǎn)，攜帶了一副展開后口徑達(dá)近5米的傘狀天線，它是人類深空探測器史上最大口徑太空通信天線。三是在月球背面的自主巡視技術(shù)。月球背面長期受到隕石沖擊，比正面月表環(huán)境更加嚴(yán)苛。中國設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)為巡視器設(shè)計(jì)了感知、移動(dòng)、探測、充電、安全、月晝轉(zhuǎn)月夜、休眠、月夜轉(zhuǎn)月晝等八種工作模式，以應(yīng)對不同工作環(huán)境、適應(yīng)不同工作狀態(tài)的要求。這些技術(shù)將為人類今后的月球探測及對太陽系其他行星（如火星）等的探測積累經(jīng)驗(yàn)。

嫦娥四號完成任務(wù)過程中進(jìn)行了廣泛的國際合作，已成為太空探索國際合作的范例。嫦娥四號探測器上安裝了與德國合作的月表中子及輻射劑量探測儀、與瑞典合作的中性原子探測儀等，中繼星上還配置了荷蘭低頻射電探測儀，這些國際科學(xué)載荷與中國自主研制的科學(xué)載荷一起，在“陌生”的月背進(jìn)行各種科學(xué)研究和試驗(yàn)。

嫦娥四號之后，中國還將進(jìn)行嫦娥五號月球采樣返回任務(wù)等一系列無人月球探測任務(wù)。可以預(yù)測，在世界范圍內(nèi)即將開啟的新一輪月球大探測過程中，中國將對人類進(jìn)一步認(rèn)識月球乃至宇宙發(fā)揮更大更重要的作用。