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▲2018年8月15日，中國國家國防科技工業(yè)局探月與航天工程中心正式對外公布嫦娥四號月球探測器——著陸器和月球車外觀設(shè)計構(gòu)型

原標題嫦娥四號成功發(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（中國空間學(xué)會副理事長，原中國載人航天工程應(yīng)用系統(tǒng)總指揮）

8日凌晨2時許，嫦娥四號月球探測器由長征三號乙改進型運載火箭成功發(fā)射，將實現(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，嫦娥四號月球探測器由長征三號乙改進型運載火箭成功發(fā)射。

嫦娥四號將對月球背面南極艾特肯盆地開展著陸巡視探測，實現(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？中國的探月工程，未來又將如何發(fā)展？

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

2013年12月14日，嫦娥三號月球探測器在月球西北部成功軟著陸，中國成為世界上第四個掌握月球探測登陸技術(shù)的國家。但與此同時，作為嫦娥三號備份星的嫦娥四號，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、三號、五號這幾個奇數(shù)命名的探測器是先導(dǎo)星，偶數(shù)則為正星的備份星。也就是說，嫦娥四號誕生之初，是個不折不扣的“備胎”。

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

按照最早的計劃，即便嫦娥四號進行發(fā)射，降落點也在月球正面。但葉培健院士卻認為，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，即便不成功，也是人類第一次，可以原諒?！惫Ψ虿回撚行娜耍嘘P(guān)單位組織了多次討論之后，終于通過了月球背面降落的方案。

不過，降落月球不是車場倒庫，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)星來進行通信傳輸。

今年5月，嫦娥四號的先行者“鵲橋號”中繼星在我國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征四號丙運載火箭成功發(fā)射；6月14日11時06分，鶴橋號中繼星成功實施軌道捕獲控制，進入環(huán)繞距月球約6.5萬公里的地月拉格朗日L2點Halo使命軌道。它將在此軌道陸續(xù)開展在軌測試和中繼通信鏈路聯(lián)試，并為嫦娥四號月球探測器提供地月中繼測控通信。

而此次嫦娥四號的著陸器和巡視器（月球車）由長征三號乙（CZ-3B）運載火箭發(fā)射，送入傾角28.5°、近地點高度200 km、遠地點高度約42萬 km的地月轉(zhuǎn)移軌道，正式開啟揭開月球背面神秘面紗的征程。

嫦娥四號為何不在最新落成的海南文昌基地發(fā)射？原中國載人航天工程應(yīng)用系統(tǒng)總指揮,現(xiàn)任中國空間學(xué)會副理事長張厚英告訴北京科技報|科學(xué)加客戶端記者，文昌發(fā)射基地主要發(fā)射大型運載火箭，此次發(fā)射衛(wèi)星的長征三號乙運載火箭，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，也就無需“跨洋過?！比ズＤ习l(fā)射了。

▲長征三號系列運載火箭（圖片來源：中國運載火箭技術(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。打個比方來說，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？有一種觀點認為，月球背面并沒有什么科學(xué)價值。但實際上，如同人類在地球上探測南極、北極這些地方一樣，月球背面是人類航天器還沒有著陸過的處女地，既有望獲得有價值的重要科學(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線電噪聲的最好隔絕裝置，因此在月球背面放置射電望遠鏡，對開展射電天文觀測，有利于探測和發(fā)現(xiàn)宇宙中極微弱的射電信號。

▲月球正面與背面對比圖，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，南部有一個巨大的撞擊盆地，嫦娥四號探測器將著陸區(qū)域瞄準在南極－艾肯盆地（South Pole-Aitken Basin），這是一個具有重要科學(xué)價值的巨大撞擊坑，可能的著陸點初步確定為馮·卡門撞擊坑（Von Kármán）附近。

但是，月球背面降落的難度著實不小，歷史上所有的月球探測器，在月球的降落點無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。

具體來看，在月球背面登陸還有許多需要解決的問題，例如在太陽板失效的情況下，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，登陸器如何準確著陸？此外，月球背面等離子體環(huán)境更加惡劣，對登陸器也是個不小的考驗。

此次，由中國航天科技集團有限公司抓總研制的嫦娥四號著陸器和月球車，盡管外形上和嫦娥三號月球車“玉兔”頗為相似，但實際上，針對月球背面復(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，嫦娥四號進行了多項有針對性的調(diào)整。

在溫度控制防護方面，更好迎戰(zhàn)晝夜極熱極冷的月面環(huán)境，是嫦娥四號月球車升級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。除了溫度控制防護之外，嫦娥四號月球車還針對線路方面，進行了設(shè)計改進和試驗驗證，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，嫦娥四號月球車延續(xù)了“玉兔”當(dāng)年探月國產(chǎn)“三大件”，即全景相機、紅外成像光譜儀和測月雷達。除此之外，嫦娥四號月球車還有一個“殺手锏”，那就是與瑞典合作的中性原子探測儀，這將是人類探月史上首次在月表開展這項探測活動。

▲具有科普教育意義的“月面微型生態(tài)圈”將隨嫦娥四號“登陸月球”

值得一提的是，嫦娥四號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)射的世界第一臺無人駕駛月球車，此車重量約為756公斤。

作為嫦娥四號的“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)實驗和大眾科普，使得嫦娥四號同時具備了科普教育功能。據(jù)了解，這個生態(tài)圈是一個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、空氣以及照相機和信息傳輸系統(tǒng)等科研設(shè)備。屆時，研究人員將密切關(guān)注罐內(nèi)變化，看看能否開出一朵“月球花”。

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

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

事實上，中國探月工程的正式建立和開展早已開始，早在九十年代初，中國月球探測工程首席科學(xué)家、被譽為“嫦娥之父”的歐陽自遠院士就開始向“863”計劃專家組提議，提出我國應(yīng)該開展探月探測工程，但在環(huán)繞地球的神舟號航天飛船還未發(fā)射的彼時，不少人都覺得他的計劃很荒唐，甚至有人罵他不切實際。

但歐陽自遠一直堅信，中國不僅能搞探月，而且一定能搞好！為此，他與專家組花費了一年時間，完成了“中國月球探測必要性與可行性研究”。頂著質(zhì)疑，經(jīng)過幾十年的相關(guān)科研知識研究與積累，2004年“嫦娥工程”被國務(wù)院正式批準立項。三年之后，嫦娥一號隨即升空。

“嫦娥工程”按計劃分為“無人月球探測”“載人登月”以及“建立月球基地”3個階段。2020年前，中國月球探測工程以無人探測為主，分“繞”“落”“回”三個實施階段，與之對應(yīng)的則是“嫦娥一號”“嫦娥三號”和“嫦娥五號”衛(wèi)星。

如今“繞”和“落”的兩個步驟已經(jīng)順利完成，2019年，嫦娥五號將擇機發(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43分,中國最大推力新一代運載火箭長征五號，在中國文昌航天發(fā)射場點火升空，約30分鐘后，載荷組合體與火箭成功分離，進入預(yù)定軌道，長征五號運載火箭首次發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。

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

張厚英表示，嫦娥五號已經(jīng)無限接近真實的載人登月，兩者之間最大的區(qū)別在于生命保障系統(tǒng)，因此嫦娥五號必須用載重量達25噸的長征5號運載火箭才能發(fā)射。盡管2017年長征5號的發(fā)射失敗，給整個嫦娥工程的發(fā)射計劃帶來了一定影響，但他相信，明年的嫦娥五號一定能夠成功發(fā)射，未來重載火箭的研發(fā)應(yīng)用也將有序進行。

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、月面機動與探測、登月航天服、月面駐留與原位資源利用、航天員健康與保障、地月空間測控通信等一系列關(guān)鍵技術(shù)，都需要中國航天人去一一克服，嫦娥工程實現(xiàn)載人登月乃至建立月球基地，依然任重道遠。

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嫦娥四號成功發(fā)射：本是備胎 華麗逆襲

嫦娥四號成功發(fā)射：本是備胎華麗逆襲