嫦娥四號進入環月軌道 將實現人類首次月球背面“軟著陸”

據國防科工局、國家航天局介紹，嫦娥四號任務的工程目標包括兩方面：一是實現國際首次地月拉格朗日L2點的測控及中繼通信；二是實現國際首次月球背面軟著陸和巡視探測。

12月8日凌晨2時23分，嫦娥四號月球探測器在西昌衛星發射中心成功發射。經過近110小時的飛行，12月12日16時45分，嫦娥四號探測器到達月球附近并實施近月制動，成功進入了近月點約100公里的環月軌道。

據知乎天文話題優秀回答者、東京大學行星科學博士haibaraemily統計，自1958年開始嘗試探索月球以來，人類和無人探測器已經成功著陸月球數十次，總計有20臺著陸器、6臺月球車、12個宇航員踏上過月球表面，其中包括中國2013年12月成功著陸的嫦娥三號著陸器和玉兔號月球車。

一直以來，中國的探月工程每一期任務都會進行“一主一備”兩手準備，嫦娥四號實際上是嫦娥三號的備用星。據21世紀經濟報道記者了解，在2013年嫦娥三號成功完成目標任務后，國防科工局便開啟嫦娥四號新的方案論證工作，最終確定由嫦娥四號來實現人類首次軟著陸于月球背面并開展巡視探測的目標。

因此，無論是外形還是攜帶的科學儀器，嫦娥四號都和嫦娥三號非常相似，但卻不盡相同。一位航天領域專家12月12日接受記者采訪時指出，雖然之前有嫦娥三號的成功著陸經驗，但是，嫦娥四號面對的是人類從未踏足過的月球背面，所以實施難度會大很多。

全新的探月之旅

據記者了解，整個嫦娥四號工程由探測器、運載火箭、發射場、測控、地面應用五大系統組成。其中，探測器系統由著陸器、巡視器和中繼星組成。

這里的中繼星，外界其實已經相對熟悉，它就是今年5月21日發射升空的“鵲橋號”。目前，鵲橋號已經飛抵位于地月拉格朗日L2點的Halo使命軌道，它將幫助嫦娥四號著陸器和巡視器與地球進行測控通信和數據傳輸。

上述航天專家告訴記者，嫦娥四號著陸器和巡視器基本繼承了嫦娥三號的狀態，但也根據新的任務進行了一些改進，包括根據月球背面地形條件調整了著陸導航控制策略；針對中繼通信的新需求更改了測控通信分系統軟硬件；以及針對新的科學目標和國際合作需求調整了有效載荷配置。

嫦娥四號探測器發射升空后，將先后經歷地月轉移、近月制動、環月飛行及正式著陸等階段，目前，嫦娥四號已經進入到100公里的環月軌道。而接下來，嫦娥四號將擇機實施軌道機動，進入到100公里乘以15公里的橢圓軌道，然后再擇機在近月點實施動力下降。

整個動力下降過程又會分為6個階段，分別是主減速段、快速調整段、接近段、懸停段、避障段、緩速下降段。此前，火星探測器“洞察號”的成功著陸，讓大家知道了火星著陸的“恐怖7分鐘”，雖然月球不比火星，但探測器著陸的難度同樣巨大。

與“洞察號”著陸一樣，嫦娥四號著陸月球的過程幾乎也是“盲降”。落月過程的測控通信都需要通過中繼星“鵲橋號”中轉，因此，整個過程都將由GNC(制導、導航與控制) 系統自主操控，再加上回傳畫面的延遲，地球上的人們只能靜靜地等待結果。

如果一切順利，嫦娥四號將降落在月球背面南極–艾特肯（South Pole-Aitken，SPA）盆地內的馮·卡門（Von Kármán）撞擊坑內。據悉，馮·卡門撞擊坑位于SPA盆地的中部，直徑約186 km，中心坐標為（44.8°S，175.9°E）。

haibaraemily表示，SPA盆地對人類認識月球有不可替代的重要和特殊意義。一方面，SPA盆地被認為是太陽系內最大、最古老的撞擊坑，保存了原始月殼的巖石；同時，SPA盆地深達13公里，是月球上最深的撞擊盆地，這意味著當年的撞擊事件很可能會挖出月殼深處甚至月幔的物質，這些或將成為人類研究月球內部成分的“鑰匙”。

神秘的月之暗面

據國防科工局、國家航天局介紹，嫦娥四號任務的工程目標包括兩方面：一是實現國際首次地月拉格朗日L2點的測控及中繼通信；二是實現國際首次月球背面軟著陸和巡視探測。

同時，嫦娥四號還帶有三方面的科學任務：一是開展月球背面低頻射電天文觀測與研究；二是進行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；三是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。

嫦娥四號還承擔了多個國際合作項目，其中包括我國與荷蘭、德國、瑞典、沙特開展的4項科學載荷方面的國際合作。

按照規劃，嫦娥四號的著陸器設計壽命為6個月，巡視器設計壽命為3個月。但是，中國工程院院士、中國探月工程總設計師吳偉仁此前在接受媒體采訪時透露，嫦娥三號著陸器和月球車設計壽命分別為1年和3個月，但最終月球車工作了2年9個月，而著陸器目前仍在運行，工作5年狀態依然很好。

據吳偉仁介紹，嫦娥四號基于“玉兔號”的經驗做了很多針對性改進，包括盡量減少電纜裸露在外的面積，從而減少電纜的故障風險等。其預計，嫦娥四號巡視器的工作時間將比“玉兔號”更長。

在嫦娥三號的基礎上，嫦娥四號保留了著陸相機、地形地貌相機、全景相機、紅外成像光譜儀和測月雷達。替換的新儀器則包括低頻射電頻譜儀、月表中子及輻射劑量探測器和中性原子探測器。

其中，低頻射電頻譜儀用于探測0.1～40 MHz范圍內的太陽低頻射電特征和月表射電環境；月表中子與輻射劑量探測儀用于測量月表包括帶電粒子、γ射線和中子的綜合粒子輻射劑量及LET譜，以及測量月表快中子能譜和熱中子通量。這將為未來載人登月安全活動和月表綜合粒子輻射模型修正提供最新數據支持。

此外，為了驗證動植物在月面太陽自然光照和低重力條件下的生長狀況，嫦娥四號著陸器上還搭載了一個重量為3公斤的月面微型生態圈，內含植物種子及昆蟲卵等。

上述航天專家告訴記者，20世紀60-70年代，美國和蘇聯開展太空競賽，實現了無人月球軟著陸探測和載人登月，但這些探月任務的著陸點都位于月球正面，這主要是因為缺乏中繼通信技術和工程實現難度大等原因。

但實際上，月球背面擁有獨一無二的探索價值。它能屏蔽人類活動產生的無線電干擾以及閃電、極光帶來的無線電發射，因此被認為是開展低頻射電天文觀測的絕佳地點。同時，利用月球背面獨特的無線電環境，可填補0.1～1 MHz頻段的空白，有望在太陽風激波、日冕物質拋射和高能電子束的產生機理等方面取得原創性的成果。

2010年12月21日，美國國家航空航天局（NASA）的“月球勘測軌道器”拍攝了一組高清月球背面照片，解析度是以往所拍月球背面照片的106倍，所呈現的細節精細程度也創下了歷史紀錄。

現在，嫦娥四號將代表人類首次踏上月球背面，實現零距離接觸，這也將進一步揭開月球另一面的神秘面紗。

（來源：21世紀經濟報道）