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▲2018年8月15日，中國(guó)國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局探月與航天工程中心正式對(duì)外公布嫦娥四號(hào)月球探測(cè)器——著陸器和月球車外觀設(shè)計(jì)構(gòu)型

原標(biāo)題嫦娥四號(hào)成功發(fā)射：本是備胎，華麗逆襲！替人類到去月球背面看看

采訪專家：張厚英（中國(guó)空間學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，原中國(guó)載人航天工程應(yīng)用系統(tǒng)總指揮）

8日凌晨2時(shí)許，嫦娥四號(hào)月球探測(cè)器由長(zhǎng)征三號(hào)乙改進(jìn)型運(yùn)載火箭成功發(fā)射，將實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面著陸和巡視勘察。為啥要去月球背面？

2018年12月8日凌晨02:23分，嫦娥四號(hào)月球探測(cè)器由長(zhǎng)征三號(hào)乙改進(jìn)型運(yùn)載火箭成功發(fā)射。

嫦娥四號(hào)將對(duì)月球背面南極艾特肯盆地開(kāi)展著陸巡視探測(cè)，實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面軟著陸和巡視勘察。為什么要去月球背面？軟著陸難度又多大？中國(guó)的探月工程，未來(lái)又將如何發(fā)展？

這幾年，有個(gè)叫做“備胎逆襲”的詞語(yǔ)很火，但誰(shuí)能想到，如今備受矚目的嫦娥四號(hào)，最早的身份竟是“備胎”，甚至一度計(jì)劃取消發(fā)射！

2013年12月14日，嫦娥三號(hào)月球探測(cè)器在月球西北部成功軟著陸，中國(guó)成為世界上第四個(gè)掌握月球探測(cè)登陸技術(shù)的國(guó)家。但與此同時(shí)，作為嫦娥三號(hào)備份星的嫦娥四號(hào)，身份就異常尷尬了。

所謂“備份星”是指在先導(dǎo)星工作失效的情況下，接替先導(dǎo)星工作的衛(wèi)星。在嫦娥系列衛(wèi)星中，嫦娥一號(hào)、三號(hào)、五號(hào)這幾個(gè)奇數(shù)命名的探測(cè)器是先導(dǎo)星，偶數(shù)則為正星的備份星。也就是說(shuō)，嫦娥四號(hào)誕生之初，是個(gè)不折不扣的“備胎”。

因此，關(guān)于“嫦娥四號(hào)做什么”的討論，相關(guān)科研人員一度產(chǎn)生了分歧，爭(zhēng)執(zhí)辯論了2年時(shí)間，有人甚至提出“節(jié)約資金不發(fā)射”的主張。舉棋不定之時(shí)，“嫦娥”系列月球探測(cè)器總指揮兼設(shè)計(jì)顧問(wèn)葉培健院士站了出來(lái)，他不僅主張發(fā)射嫦娥四號(hào)，還主張讓嫦娥四號(hào)到月球背面去看一看。

按照最早的計(jì)劃，即便嫦娥四號(hào)進(jìn)行發(fā)射，降落點(diǎn)也在月球正面。但葉培健院士卻認(rèn)為，再落一次月球正面意義不大，他向主管領(lǐng)導(dǎo)提議，“落到月球背面，成功了是一大亮點(diǎn)，即便不成功，也是人類第一次，可以原諒。”功夫不負(fù)有心人，有關(guān)單位組織了多次討論之后，終于通過(guò)了月球背面降落的方案。

不過(guò)，降落月球不是車場(chǎng)倒庫(kù)，正面背面一字之差，技術(shù)難度卻是天壤之別，最棘手的就是通訊問(wèn)題，也是人類從未涉足的重要原因之一。因此在飛行器登陸之前，必須先發(fā)射中繼衛(wèi)星來(lái)進(jìn)行通信傳輸。

今年5月，嫦娥四號(hào)的先行者“鵲橋號(hào)”中繼星在我國(guó)西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征四號(hào)丙運(yùn)載火箭成功發(fā)射；6月14日11時(shí)06分，鶴橋號(hào)中繼星成功實(shí)施軌道捕獲控制，進(jìn)入環(huán)繞距月球約6.5萬(wàn)公里的地月拉格朗日L2點(diǎn)Halo使命軌道。它將在此軌道陸續(xù)開(kāi)展在軌測(cè)試和中繼通信鏈路聯(lián)試，并為嫦娥四號(hào)月球探測(cè)器提供地月中繼測(cè)控通信。

而此次嫦娥四號(hào)的著陸器和巡視器（月球車）由長(zhǎng)征三號(hào)乙（CZ-3B）運(yùn)載火箭發(fā)射，送入傾角28.5°、近地點(diǎn)高度200 km、遠(yuǎn)地點(diǎn)高度約42萬(wàn) km的地月轉(zhuǎn)移軌道，正式開(kāi)啟揭開(kāi)月球背面神秘面紗的征程。

嫦娥四號(hào)為何不在最新落成的海南文昌基地發(fā)射？原中國(guó)載人航天工程應(yīng)用系統(tǒng)總指揮,現(xiàn)任中國(guó)空間學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)張厚英告訴北京科技報(bào)|科學(xué)加客戶端記者，文昌發(fā)射基地主要發(fā)射大型運(yùn)載火箭，此次發(fā)射衛(wèi)星的長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭，屬于中型火箭，從節(jié)約資源、提高效率的角度看，西昌發(fā)射中心完全可以滿足發(fā)射要求，也就無(wú)需“跨洋過(guò)?！比ズＤ习l(fā)射了。

▲長(zhǎng)征三號(hào)系列運(yùn)載火箭（圖片來(lái)源：中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院）

月球背面有什么？與正面以月海平原為主不同的是，月球背面基本上都是山地、高原，布滿了撞擊坑，環(huán)境十分復(fù)雜。打個(gè)比方來(lái)說(shuō)，月球正面的月海如果是華北平原的話，那月球背面的月陸就是橫斷山脈。

為何要去月球背面？有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，月球背面并沒(méi)有什么科學(xué)價(jià)值。但實(shí)際上，如同人類在地球上探測(cè)南極、北極這些地方一樣，月球背面是人類航天器還沒(méi)有著陸過(guò)的處女地，既有望獲得有價(jià)值的重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)，也有利于突破技術(shù)難關(guān)，提升航天技術(shù)能力。

據(jù)介紹，月球是屏蔽地球上的無(wú)線電噪聲的最好隔絕裝置，因此在月球背面放置射電望遠(yuǎn)鏡，對(duì)開(kāi)展射電天文觀測(cè)，有利于探測(cè)和發(fā)現(xiàn)宇宙中極微弱的射電信號(hào)。

▲月球正面與背面對(duì)比圖，正面的月海平原顏色較深，地形比較平滑；而月球背面以月陸為主，地形崎嶇，南部有一個(gè)巨大的撞擊盆地，嫦娥四號(hào)探測(cè)器將著陸區(qū)域瞄準(zhǔn)在南極－艾肯盆地（South Pole-Aitken Basin），這是一個(gè)具有重要科學(xué)價(jià)值的巨大撞擊坑，可能的著陸點(diǎn)初步確定為馮·卡門(mén)撞擊坑（Von Kármán）附近。

但是，月球背面降落的難度著實(shí)不小，歷史上所有的月球探測(cè)器，在月球的降落點(diǎn)無(wú)一例外都是地形平坦、光照充足、通信情況良好的地區(qū)，并且都是月球正面。但嫦娥四號(hào)恰恰相反，選擇月球背面降落，頗有“明知山有虎、偏向虎山行”的意味。

具體來(lái)看，在月球背面登陸還有許多需要解決的問(wèn)題，例如在太陽(yáng)板失效的情況下，如何保證登陸器正常功能？在月夜超低溫環(huán)境下，登陸器如何不受干擾？月球背面崎嶇的地形上，登陸器如何準(zhǔn)確著陸？此外，月球背面等離子體環(huán)境更加惡劣，對(duì)登陸器也是個(gè)不小的考驗(yàn)。

此次，由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司抓總研制的嫦娥四號(hào)著陸器和月球車，盡管外形上和嫦娥三號(hào)月球車“玉兔”頗為相似，但實(shí)際上，針對(duì)月球背面復(fù)雜的自然環(huán)境，在適應(yīng)性更改和有效載荷配置調(diào)整方面，嫦娥四號(hào)進(jìn)行了多項(xiàng)有針對(duì)性的調(diào)整。

在溫度控制防護(hù)方面，更好迎戰(zhàn)晝夜極熱極冷的月面環(huán)境，是嫦娥四號(hào)月球車升級(jí)提高的重要方向之一。為了保證所有設(shè)備在月夜零下180攝氏度的環(huán)境中不被凍壞，科研人員專門(mén)配置了同位素?zé)嵩礊閮x器設(shè)備供熱。除了溫度控制防護(hù)之外，嫦娥四號(hào)月球車還針對(duì)線路方面，進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)和試驗(yàn)驗(yàn)證，使著陸器具備了很高的自主導(dǎo)航和避障功能。

在科學(xué)載荷方面，嫦娥四號(hào)月球車延續(xù)了“玉兔”當(dāng)年探月國(guó)產(chǎn)“三大件”，即全景相機(jī)、紅外成像光譜儀和測(cè)月雷達(dá)。除此之外，嫦娥四號(hào)月球車還有一個(gè)“殺手锏”，那就是與瑞典合作的中性原子探測(cè)儀，這將是人類探月史上首次在月表開(kāi)展這項(xiàng)探測(cè)活動(dòng)。

▲具有科普教育意義的“月面微型生態(tài)圈”將隨嫦娥四號(hào)“登陸月球”

值得一提的是，嫦娥四號(hào)月球車的總重量只有140公斤，是目前全球最輕的月球車。而1970年蘇聯(lián)發(fā)射的世界第一臺(tái)無(wú)人駕駛月球車，此車重量約為756公斤。

作為嫦娥四號(hào)的“乘客”之一，月面微型生態(tài)圈也將入主月球，用于天體生物學(xué)實(shí)驗(yàn)和大眾科普，使得嫦娥四號(hào)同時(shí)具備了科普教育功能。據(jù)了解，這個(gè)生態(tài)圈是一個(gè)由特殊鋁合金材料制成的圓柱形罐子，重3公斤，罐內(nèi)將放入馬鈴薯種子、擬南芥種子、蠶卵、土壤、水、空氣以及照相機(jī)和信息傳輸系統(tǒng)等科研設(shè)備。屆時(shí)，研究人員將密切關(guān)注罐內(nèi)變化，看看能否開(kāi)出一朵“月球花”。

2007年，探月工程先驅(qū)者“嫦娥一號(hào)”以受控撞月的方式 “粉身碎骨，捐軀報(bào)國(guó)”，額外完成任務(wù)；2010年，嫦娥二號(hào)在制作完全月球地圖之后遠(yuǎn)飛深空，至今仍在不斷地刷新著“中國(guó)高度”；2013年，嫦娥三號(hào)與她所攜帶的“玉兔號(hào)”月球車一同實(shí)現(xiàn)了登陸月球。

沉寂了將近5年之后，如今“嫦娥四號(hào)”和“嫦娥五號(hào)”將帶著探月工程的使命繼續(xù)出發(fā)，中國(guó)人自古以來(lái)的探月夢(mèng)想，也將一步一步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

事實(shí)上，中國(guó)探月工程的正式建立和開(kāi)展早已開(kāi)始，早在九十年代初，中國(guó)月球探測(cè)工程首席科學(xué)家、被譽(yù)為“嫦娥之父”的歐陽(yáng)自遠(yuǎn)院士就開(kāi)始向“863”計(jì)劃專家組提議，提出我國(guó)應(yīng)該開(kāi)展探月探測(cè)工程，但在環(huán)繞地球的神舟號(hào)航天飛船還未發(fā)射的彼時(shí)，不少人都覺(jué)得他的計(jì)劃很荒唐，甚至有人罵他不切實(shí)際。

但歐陽(yáng)自遠(yuǎn)一直堅(jiān)信，中國(guó)不僅能搞探月，而且一定能搞好！為此，他與專家組花費(fèi)了一年時(shí)間，完成了“中國(guó)月球探測(cè)必要性與可行性研究”。頂著質(zhì)疑，經(jīng)過(guò)幾十年的相關(guān)科研知識(shí)研究與積累，2004年“嫦娥工程”被國(guó)務(wù)院正式批準(zhǔn)立項(xiàng)。三年之后，嫦娥一號(hào)隨即升空。

“嫦娥工程”按計(jì)劃分為“無(wú)人月球探測(cè)”“載人登月”以及“建立月球基地”3個(gè)階段。2020年前，中國(guó)月球探測(cè)工程以無(wú)人探測(cè)為主，分“繞”“落”“回”三個(gè)實(shí)施階段，與之對(duì)應(yīng)的則是“嫦娥一號(hào)”“嫦娥三號(hào)”和“嫦娥五號(hào)”衛(wèi)星。

如今“繞”和“落”的兩個(gè)步驟已經(jīng)順利完成，2019年，嫦娥五號(hào)將擇機(jī)發(fā)射，并從月球帶回兩公斤重的月面土壤等樣品，完成“繞落回”中的最后一個(gè)步驟，也是技術(shù)難度最大的“回”。

▲2016年11月03日，海南省文昌市，20時(shí)43分,中國(guó)最大推力新一代運(yùn)載火箭長(zhǎng)征五號(hào)，在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空，約30分鐘后，載荷組合體與火箭成功分離，進(jìn)入預(yù)定軌道，長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭首次發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。

歷史上，不少人質(zhì)疑美國(guó)阿波羅11號(hào)登月真實(shí)性，質(zhì)疑點(diǎn)就在返回設(shè)備上，認(rèn)為阿波羅11號(hào)登月艙，根本不具備從月球起飛，并對(duì)接軌道倉(cāng)的技術(shù)。明年發(fā)射的嫦娥五號(hào)，成功采集月球土壤樣本之后，將放入著陸器的上升段，該段從月面點(diǎn)火升空進(jìn)入月球軌道，并與軌道器和返回器的聯(lián)合體交會(huì)對(duì)接，將樣品轉(zhuǎn)移至返回器內(nèi)。隨后，軌道器攜帶返回器點(diǎn)火飛向地球。如果任務(wù)成功，嫦娥五號(hào)將突破“返回”方面的多項(xiàng)技術(shù)，為載人登月打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

張厚英表示，嫦娥五號(hào)已經(jīng)無(wú)限接近真實(shí)的載人登月，兩者之間最大的區(qū)別在于生命保障系統(tǒng)，因此嫦娥五號(hào)必須用載重量達(dá)25噸的長(zhǎng)征5號(hào)運(yùn)載火箭才能發(fā)射。盡管2017年長(zhǎng)征5號(hào)的發(fā)射失敗，給整個(gè)嫦娥工程的發(fā)射計(jì)劃帶來(lái)了一定影響，但他相信，明年的嫦娥五號(hào)一定能夠成功發(fā)射，未來(lái)重載火箭的研發(fā)應(yīng)用也將有序進(jìn)行。

除了重載火箭，還有新型載人飛船、載人登月飛行器、載人月面著陸器、月面機(jī)動(dòng)與探測(cè)、登月航天服、月面駐留與原位資源利用、航天員健康與保障、地月空間測(cè)控通信等一系列關(guān)鍵技術(shù)，都需要中國(guó)航天人去一一克服，嫦娥工程實(shí)現(xiàn)載人登月乃至建立月球基地，依然任重道遠(yuǎn)。

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嫦娥四號(hào)成功發(fā)射：本是備胎 華麗逆襲

嫦娥四號(hào)成功發(fā)射：本是備胎華麗逆襲