探索月球“新大陆”——嫦娥四号月背着陆一周年回顾

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2024年5月10日发(作者：)

太空探索丨【中国航天】

探索月球“新大陆”

—媒娥四号月背着陆一周年回顾

文/杨诗瑞

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▲嫦娥四号着陆器地形地貌相机对玉兔二号巡视器成像

▲玉兔二号巡视器全景相机对嫦娥四号着陆器成像

【中国航天】丨太空探索

2020年1月3日是嫦娥四号探测

器月背软着陆一周年纪念曰。2019年

1月3曰，嫦娥四号探测器成功着陆在

月球背面的预选地区，并通过鹊桥中继

星传回世界第一张近距离拍摄的月背影

像图，揭开了古老月背的神秘面纱。媒

娥四号任务实现了人类探测器首次月背

软着陆、首次月背与地球的中继通信，

中国与多个国家和国际组织开展了具有

重大意义的国际合作，开启了人类月球

探测新篇章。2019年，“嫦娥四号”

捷报频传，收获众多举世瞩目的科技成

果，成为国际航天界的明星。

2020年1月2曰，嫦娥四号着陆

器和玉兔二号月球车完成第十三月昼的

工作，再次进入月夜休眠，玉兔二号月

球车已累计行驶357.695米，打破人类

月球车月面工作时间纪录。“嫦娥四号”

▲嫦娥四号着陆区地理实体命名影像图

的成功标志着我国由航天大国不断向航

天强国稳步迈进，代表着新时代中国人

民攀登世界科技高峰的新标杆新高度，

是中华民族为人类探索宇宙奥秘作出的

又一卓越贡献。

终未能深入。

月球背面探测具有重要的科学价

值，让科学界孜孜以求。一方面，月背

地质情况与月面不同，研究月背地质演

宇宙黑暗时期特征、太阳物理和空间天

气等具有重要的研究价值。月球背面避

开了地球表面的电磁干扰，成为非常理

想的宇宙低频射电观测场所，为研究太

阳、行星及太阳系外天体提供可能，也

将为研究恒星起源和星云演化提供重要

资料。

为什么没有国家登陆月球背面？

因为难度很大。为什么“嫦娥四号”

_定要挑战月背着陆？因为还没有人去

过，为了探索未知，“没有人去过”就

是挑战的理由。

探月工程十年磨剑，“嫦娥_号”

绘制形成全月地形影像图和三维立体

图，探测清楚月球外围空间环境以及月

表岩石的成分、类型和分布；“嫦娥二

号”完成7米分辨率的全月球数字影

像图和三维立体图，探访日地拉格朗曰

点；“嫦娥三号”成功实施月球着陆，

开辟我国月球“巡天、观地、测月”的

历史。在一次次探月任务的积累和前行

中，经过一轮轮漫长而艰苦的反复论证

和严谨试验，"嫦娥四号”瞄准登陆月

为什么要探测月球背面

—科学意义和任务由来

化历史对理解月球形成、地月系初期历

史和月球深层次构造具有重要意义。月

球背面分布有大量高地地形，遍布撞击

古人今人若流水，共看明月皆如

此。有趣的是，不仅古人今人共看同

一轮明月，而且看到的还是明月的同一

面——这是因为月球的自转周期与绕地

坑和环形山。著名的南极-艾特肯盆地

位于月背南部，是太阳系规模最大、最

古老的撞击盆地，它成型于39.2亿年

前，最深处达13千米，代表其经历的

撞击事件可能挖出月壳深处甚至月幔的

物质，是研究月球演变历史和深部物质

组成的钥匙与窗口。

另一方面，从月背开展电磁波天

文观测可以获得人类从未接触过的信

息，将揭露丰富的科学内容。长期以

来，科学家们主要通过电磁波开展天文

观测，进而认识宇宙。人类已开展过紫

外、射电、X射线、红外及毫米波等绝

大多数谱段的观测，但由于电离层阻挡

和地球射电干扰，未能有效实施低频射

电天文观测。低频观测对于全天空成像、

球公转周期一致，所以月球朝向地球的

一面始终不变，人类无法直接观测到月

球背面的景象。

近60年来，世界各国先后开展过

110多次探月活动，成功实施了数十次

无人探月和载人登月，获得大量关于月

球地形地貌、元素分布、重力场、磁场

等科学信息。但是，对月球背面的探

测成果非常有限，前苏联和美国曾利用

绕月探测器进行月背地形观测和影像绘

制，然而还没有探测器能够在月球背面

着陆，月背探测犹如隔着一层面纱，始

SPACE EXPLORATION I 29

太空探索丨【中国航天】

背，跨出人类新的一步。

怎样探测月球背面

—克服工程难题

探月的每一步迈出，都需要攻克

无数的科学技术难题。通信、着陆区选

择、登月时机、轨道控制和着陆技术都

是“嫦娥四号”面临的重大挑战。

通信是首要问题。月背始终背朝

地球，探测器受月球球体阻隔，无法与

地球直接通信，所以月球背面一直没有

留下人类探测器的“脚印”。对此，我

国发射鹊桥中继卫星，并克服运行轨

道、通信链路设计、传输时延等一系列

挑战，打造地月通信桥梁。“鹊桥”运

行在绕地月L2点的Halo轨道，位于距

地40多万公里、距月6.5万公里的地

月延长线上，地月两大天体的引力和离

心力在此达成巧妙平衡，“鹊桥”仅用

少量燃料即可保持平稳，并同时“看见”

月背与地球。这一轨道构想曾由美国在

1967年提出，但由于高风险和高技术

复杂度从未实现。“鹊桥”勇敢选择并

成功进入使命轨道，成为人类首颗月球

通信中继卫星。

月球背面山峰林立，地形崎岖，

在哪个位置更容易实施软着陆并有良好

的科学效益？ “嫦娥四号”团队综合考

察了科学探测价值、中继通信可见性、

热环境和光照环境、着陆过程航迹高程

起伏变化、着陆点散布范围、探测器测

控、轨道可达性、着陆时太阳高度角和

推迟着陆的适应能力等因素，最终将

月背着陆区定于南极-艾特肯盆地内的

冯-卡门撞击坑。

“嫦娥四号”要跨越漫长的地月

距离，切换多个轨道，并于月背白天实

施软着陆，这需要在整个飞行过程中计

算和保持与曰、地、月的相对关系。其

中，奔月轨道要调整近月点位置和飞行

时间，让“嫦娥四号”的环月轨道经过

着月点上空，并在月背的白天抵达着月

▲第九月昼期间. ''玉兔二号"在月球背面的撞击坑中发现了不明胶状物质

点上空；奔月飞行中，“嫦娥四号”太

最终精确着陆。在最终降落阶段，“嫦

阳帆板与阳光入射方向保持一定范围的

娥四号”先降后升，而后进入长距离垂

夹角，以保障能量供应；奔月和登月过

直下降过程，其间完成避障、悬停、精

程中，要保持地面对“嫦娥四号”的通

避障、缓速降落全过程，经历一系列复

信连接，在通信延迟的干扰下预先开展

杂的“走位”，实现“定点、定时、精

精准测控。为满足多种约束条件，科研

确”的着陆。

人员计算出分布在2天里的4个共计6

分钟的发射时间窗口，这对运载火箭的

让构想照进现实

适应能力提出严峻挑战，要能够满足在

—“嫦娥四号”任务一览

两天里迅速切换不同发射时间窗口，适

应任务需求，要提高火箭主要分系统和

克服重重困难，突破各类问题，“嫦

重要单机的可靠性，确保在短至1 ~ 2

娥四号” 一步一步从构想走向现实。

分钟内的窗口内准时发射。

2018年5月21日，鹊桥中继星

月背着陆是终极挑战。南极-艾特

发射升空，首先进入预定地月转移轨

肯盆地的地形和高程图异常复杂，航迹

道，经过四天飞行和近月制动，顺利

地形起伏剧烈，高度变化速度超过史上

进入月球至地月L2点的转移轨道，并

任何一次着陆，月背着陆如同风暴洋

借力飞往地月L2点，再经过3次轨道

里冲浪。“嫦娥四号”需要翻越崇山峻 捕获和修正控制，进入Halo使命轨道，

岭抵达着陆区，克服地形起伏带来的导

成为人类历史首个造访这一空间的航

航误差。对此，“嫦娥四号”团队优化

天器，为“嫦娥四号”搭建起地月通

轨道设计和控制，使探测器进入着陆区

信“生命线”。

域；精细化发动机推力的在轨标定，优

12月8日，“嫦娥四号”发射升

化了整个探测器动力下降和着陆过程的

空，进入地月转移轨道，经过中途轨道

策略，设计了光学避障、激光三维成像

修正和5天旅程，通过近月制动成功

避障、两轮避障等接力避障方式，保证

进入圆形月球轨道，在完成与鹊桥星的

【中国航天】丨太空探索

两次通信测试后再次变轨进入落月椭圆

轨道。2019年1月3曰，“嫦娥四号”

先后完成主减速段、调姿下降段、悬停

段、缓速下降段、缓冲着陆段等过程，

稳稳地着陆在预定区域里，完成人类首

次月球背面软着陆的壮举。

着陆月面后，在鹊桥星的支持下,

玉兔二号巡视器离开着陆器，踏上月球

表面，着陆器上的监视相机拍下了“玉

兔二号’’在月背的第一道痕迹影像图，

并把世界第一张近距离月背图传回地

面。1月4日一11曰，在首个月昼工

作期内，嫦娥四号着陆器有效载荷开机,

开始探测工作，完成对着陆点周围地形

环拍；‘‘玉兔二号”顺利完成中继星链

路连接，有效载荷开机、科学实验项目

顺利开展，传输探测数据，并与着陆器

完成互拍任务。至此，嫦娥四号任务圆

满成功，中国探月工程取得“五战五捷”。

1月29曰和30曰，“玉兔二号”

和嫦娥四号着陆器先后完成自主唤醒，

安全度过首个月夜。着陆器的月夜温度

采集器成功监测到第一月夜温度变化情

况，在最低-190°C的长时间极低温环境

中，着陆器和巡视器经受住考验，关键

设备按预定程序通电开机，通过鹊桥中

继星向地面的通讯和数据传输状态稳定,

按计划继续开展第二月昼的科学探测。

之后，“嫦娥四号”连续历经月昼

月夜考验，开展_系列科学实验，不断

取得新的成果。12月20曰，“嫦娥四号”

成功自主唤醒，进入第十三月昼，悄然

打破苏联“月球车一号”保持了 49年

的世界纪录，成为人类在月面工作时间

最长的月球车。嫦娥四号着陆器上月球

中子及辐射剂量探测仪、低频射电谱仪

按计划开机工作，开展既定的科学探测。

玉兔二号月球车在巡视期间对多个探测

点进行科学探测工作，搭载的红外光谱

仪对一枚月表石块进行了成像和红外探

测，全景相机、中性原子探测仪、测月

雷达获得了大量科学探测数据。

截至本刊截稿曰，嫦娥四号着陆

器和“玉兔二号”已完成第十三月昼的

工作，按照地面指令进入月夜休眠。“嫦

娥四号”一直保持着饱满的工作状态，

在地面团队的指挥操作下持续开展低频

射电天文观测、月壳分层结构探测、月

表环境探测等活动，不断丰富人类对月

球的认识，实现更多“中国壮举”，取

得更多的科学成就。

嫦娥探月工程是我国最具标志性

大型科学研究项目之一，从“嫦娥一号’’

到“嫦娥四号”，中国登月探索的脚步

从未停止，嫦娥四号任务更是为中国航

天迈出了突破性的一步。“嫦娥四号”

的圆满成功全面拉开我国探月工程四期

和深空探测工程的序幕。2020年，“嫦

娥五号”将实现首次月球采样返回，首

颗火星探测器将进行火星环绕、着陆和

巡视探测。与此同时，探月工程后续任

务正在论证中。未来，我国将继续开展

月球地形地貌、物质成份、空间环境的

综合探测，论证建立月球科研基地并验

证相关技术。★

责任编辑：王立莉

▲嫦娥四号着陆器和玉兔二号巡视器完成第十三月昼工作.进入月夜休眠

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