中國將首次嘗試在月球背面軟著陸

著陸：人類將引導(dǎo)中國嫦娥4號著陸器完成登陸月球表面的降落過程的前三個階段，之后，航天器將自動完成著陸。

今年12月，中國將首次嘗試在月球背面軟著陸。目前官方還沒有正式宣布發(fā)射日期，但有傳言說，嫦娥4號將于12月8日左右發(fā)射，然后于當(dāng)月晚些時候著陸。

參與這一任務(wù)的科學(xué)家們說，準(zhǔn)確地在月球上的特定地點著陸并在那里進行自主探索的能力，將為未來的月球和深空探測（包括在本世紀(jì)20年代初探測月球兩極的擴大任務(wù)）奠定基礎(chǔ)。但是他們雄心勃勃的計劃需要新的和改進的通信、導(dǎo)航及著陸技術(shù)。

嫦娥4號著陸器和月球探測車可能很快成為首個達到月球背面的航天器。它最初是作為嫦娥3號任務(wù)的備份而設(shè)計的，嫦娥3號任務(wù)在2013年完成了中國的首次登月。在嫦娥3號成功降落在月球近側(cè)的熔巖場“雨海”（Mare Imbrium）之后，嫦娥4號航天器被改裝用于遠側(cè)著陸。

值得注意的是，嫦娥3號月球探測車“玉兔”在月球上漫游了兩個月球日（按地球時間計算，即大約一個月）僅移動了114米后，就永久失去了漫游能力。中國空間技術(shù)研究院副院長李明在今年10月于德國舉行的國際宇航大會（International Astronautical Congress）上表示，這個問題與很小的部件有關(guān)，但他并沒有透露技術(shù)細(xì)節(jié)。他補充說，新的重達140公斤的嫦娥4號月球探測車應(yīng)該能被證明比“玉兔”更可靠，工作時間也應(yīng)比“玉兔”的設(shè)計壽命三個月更長。

圖片來源：上圖，中國空間技術(shù)研究院；下圖，路透社。

遠離家鄉(xiāng)：鵲橋衛(wèi)星（上圖中顯示為橙色的）沿著一個剛好經(jīng)過月球（灰色）上方的軌道（綠色）運行。從那里，它可以將來自中國新月球車（下圖）的信息傳遞到地球。

嫦娥4號任務(wù)團隊面臨的第一個挑戰(zhàn)是不能直接從地球上看到月球的遠端。隨著時間的推移，地球的引力已經(jīng)減緩了月球的自轉(zhuǎn)速度，使月球的自轉(zhuǎn)周期與其繞地球公轉(zhuǎn)的周期相同，結(jié)果是月球的一側(cè)總是面向地球。不幸的是，由于無法清楚地看到月球的另一側(cè)，地球人很難通過放置在那里的探測車來發(fā)送和接收信號。

為了解決這個問題，中國于今年5月份發(fā)射了一顆名為“鵲橋”的通信中繼衛(wèi)星，該衛(wèi)星越過月球，進入名為利薩丘（Lissajous）的軌道。在這一軌道上，該衛(wèi)星將圍繞月球外約6萬到8萬公里處的一個點（也稱為地月第二拉格朗日點）旋轉(zhuǎn)。從那里，它將始終保持在月球的遠側(cè)及地球的視線之內(nèi)。

如果一切按計劃進行，鵲橋?qū)⑹褂眠h距離無線電波X波段與著陸器和探測車進行通信，而后兩者將通過超高頻無線電相互通信。中國的地面站和鵲橋?qū)⑹褂肧波段來回發(fā)送數(shù)據(jù)。中國最近擴大了其地面站的范圍，將阿根廷和納米比亞的地面站與在中國佳木斯和喀什的站點進行了聯(lián)網(wǎng)，以便對航天器進行遙測、跟蹤和指揮。

面臨的另一個挑戰(zhàn)是這個重3780公斤的航天器要著陸的月球遠側(cè)的地形與月球近側(cè)的有很大的不同。遠側(cè)的月球表面崎嶇不平，平坦的月海（即黑色的玄武巖平原）很少，而近側(cè)的月球表面上月海很多。遠側(cè)的月球表面高度變化更大，隕石坑覆蓋范圍更廣。所有這一切使得尋找大的、平坦的著陸點變得困難，這意味著候選著陸點的大幅減少，嫦娥3號有數(shù)百平方公里可用區(qū)域，而嫦娥4號只有數(shù)十平方公里可用區(qū)域。

由于這些限制，嫦娥4號將著陸區(qū)域瞄準(zhǔn)在南極—艾托肯盆地內(nèi)直徑180公里的馮·卡門隕石坑。該區(qū)域是太陽系中最古老的撞擊盆地，科學(xué)家們對它非常感興趣，因為它可能包含月球地幔的裸露區(qū)域，并為地月系統(tǒng)的演變提供線索。負(fù)責(zé)研制著陸器上的低頻射電頻譜儀的首席研究員平勁松說，對于著陸而言至關(guān)重要的是，馮·卡門隕石坑比南極—艾托肯盆地的任何其他地方都更平坦。

照片來源：路透社

探月任務(wù)：這張嫦娥3號著陸器的快照是由2013年伴隨它登上月球的探測車拍攝的。

嫦娥4號的制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制子系統(tǒng)（它將指導(dǎo)著陸器的運動、確定著陸器的位置并規(guī)劃著陸器的航線）所使用的算法已被修改，以防止起伏的遠側(cè)地形對著陸器產(chǎn)生不利影響。

嫦娥4號航天器向月球表面降落的過程將分六個階段。前三個階段分別為初始減速、快速姿態(tài)和重新定位調(diào)整，以及接近，這三個階段將被遠程控制。后三個階段分別為懸停、危險規(guī)避和緩慢下降，將由著陸器自動執(zhí)行。在降落過程中，航天器將飛行約450公里，但嫦娥3號降落所使用的斜前向軌線將被嫦娥4號更為垂直向下的軌線所取代。

著陸器和探測車也已經(jīng)適應(yīng)了它們在月球表面的新角色。它們各自包含一個基于放射性同位素?zé)犭娛桨l(fā)電機的電源，使得它們可以測量土壤溫度（例如，在月球夜間當(dāng)月球表面溫度降至接近-180°C時也能測量）。隨著所有這些準(zhǔn)備工作的就緒，嫦娥4號終于準(zhǔn)備好在月球上開辟新天地，并與它在地球上的締造師們分享其發(fā)現(xiàn)。