肖婷婷

由于“潮汐鎖定”效應(yīng)，月球繞地球公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)的周期相同，自古以來(lái)，人類(lèi)在地球上看到的月球永遠(yuǎn)是半個(gè)月亮，站在地球上看不到月背。

在沒(méi)有太空探測(cè)器的年代，月球背面一直是神秘的未知世界。直到60年前，蘇聯(lián)的“月球3號(hào)”探測(cè)器傳回了第一張?jiān)虑虮趁娴挠跋瘛?0年前，美國(guó)“阿波羅8號(hào)”的3位宇航員在環(huán)月飛行時(shí)，成為最先親眼看見(jiàn)月球背面的人類(lèi)。

越來(lái)越多去往月球的探測(cè)器讓人們發(fā)現(xiàn)，原來(lái)月球背面和正面如此不同：正面相對(duì)平坦，而背面崎嶇不平、遍布坑坑洼洼的撞擊坑。無(wú)論是物質(zhì)成分、形貌構(gòu)造還是巖石年齡，正面和背面都有很大差異。

2004年1月，中國(guó)月球探測(cè)工程全面啟動(dòng)，嫦娥探月距今已經(jīng)走過(guò)了15年。2015年，“嫦娥四號(hào)”才正式?jīng)Q定到月球背面著陸。2019年1月3日10時(shí)26分，經(jīng)過(guò)約38萬(wàn)公里、26天的漫長(zhǎng)飛行后，中國(guó)“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器成功在月球背面東經(jīng)177.6度、南緯45.5度附近的預(yù)選著陸區(qū)，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)探測(cè)器首次月背軟著陸。隨后，“嫦娥四號(hào)”通過(guò)“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖，揭開(kāi)了古老月背的神秘面紗。

隨后的一兩天里，“玉兔二號(hào)”通過(guò)“鵲橋”號(hào)中繼衛(wèi)星相繼發(fā)送回大量月球背部的高清無(wú)碼影像，令世界天文學(xué)者為之振奮。

“嫦娥四號(hào)”成功著陸月球背面，對(duì)中國(guó)探月、乃至整個(gè)人類(lèi)探月，到底有多大意義？

月球背后探測(cè)會(huì)給科研界帶來(lái)什么

直接劃重點(diǎn)：

月球背面幾乎全是環(huán)形山/撞擊坑（97.5%），比正面多得多（69%），形成原因和目前的情況只有理論解釋?zhuān)狈?shí)地驗(yàn)證；

月球背面南極-艾特肯盆地，是太陽(yáng)系第二大超級(jí)隕石坑，早在1998年，NASA的“月球勘探者號(hào)”就發(fā)現(xiàn)這里存在水冰，而且更接近月球最原始的情況；

“嫦娥四號(hào)”實(shí)際著陸地點(diǎn)位于該區(qū)域中部的馮·卡門(mén)環(huán)形山，它以錢(qián)學(xué)森的恩師的名字命名。這里經(jīng)過(guò)了強(qiáng)烈碰撞，極可能曾經(jīng)被熔巖淹沒(méi)，各類(lèi)物質(zhì)含量豐富，或許留有月幔最原始的成分，保留了月球最深層的秘密；

“月球上氦三能量開(kāi)發(fā)可供人類(lèi)能源需求XX萬(wàn)/億年”的說(shuō)法，相信大家已經(jīng)看過(guò)很多了，而理論上月球背面環(huán)境更容易產(chǎn)生氦三；

月球背面有天然的“屏蔽”，沒(méi)有任何來(lái)自地球的輻射干擾，這意味著它有著無(wú)比完美的安靜環(huán)境做天文觀測(cè)；

月球背面的月壤也極有可能與正面大不相同。

以上，基本意味著第一個(gè)實(shí)現(xiàn)月球背面著陸的探測(cè)器將會(huì)收獲眾多獨(dú)特的科研成果，對(duì)世界航天和天文界都將是巨大的貢獻(xiàn)。

著陸區(qū)域到底有多復(fù)雜

月球背面隕石坑密布、尤其南極-艾特肯盆地的地形和高程圖異常復(fù)雜，對(duì)各種配合著陸傳感器的系統(tǒng)要求很高。尤其是高度方面的變化速度超過(guò)了以往任何一次著陸，最大落差高達(dá)16.1千米。馮·卡門(mén)環(huán)形山屬于其中一塊核心區(qū)域，對(duì)“嫦娥四號(hào)”而言，相當(dāng)于翻越崇山峻嶺來(lái)找它。

如果把此前探測(cè)器在月球正面的著陸情形描述為小船輕輕劃過(guò)湖面，“嫦娥四號(hào)”在月球背面的著陸就好比在風(fēng)暴中沖浪，難度不可同日而語(yǔ)。

為了成功著陸并釋放月球車(chē)探測(cè)，所克服的困難難度和意義可想而知。

為什么4天就到月球，還遲遲不著陸

“嫦娥四號(hào)”早在2018年12月8日就出發(fā)，使用了我國(guó)目前深空探測(cè)的最強(qiáng)火箭長(zhǎng)三乙改III型。3.8噸重的它僅花了4天14時(shí)16分就完成了發(fā)射、軌道校正、近月制動(dòng)、進(jìn)入工作軌道，是四次主要任務(wù)中最短的一個(gè)。但依然等到了2019年1月3日才進(jìn)行著陸任務(wù)。

為什么需要這么長(zhǎng)的時(shí)間呢？是為了等待時(shí)機(jī)。

月球被潮汐鎖定，自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)相同，導(dǎo)致它的一天相當(dāng)于地球上的27天，一半是黑夜一半是白天。換做地球時(shí)間就是每隔近14天交替白天黑夜。在進(jìn)入月球軌道后，“嫦娥四號(hào)”一邊測(cè)試儀器，一邊等待月球進(jìn)入白天，畢竟它的主要能量來(lái)源是太陽(yáng)能。

另一方面，由于降落地點(diǎn)處于南極附近，它需要逐漸調(diào)整軌道傾角才能經(jīng)過(guò)這里，比較耗時(shí)。同時(shí)，也要等待太陽(yáng)光照在月球的角度達(dá)到理想的狀態(tài)，這樣所有的地貌都會(huì)有比較清晰的陰影，最大程度輔助光學(xué)設(shè)備選擇并定位著陸地點(diǎn)。

“嫦娥四號(hào)”著陸怎么“走位”

由于降落的難度大大增加，“嫦娥四號(hào)”的著陸方式也跟著作出改動(dòng)。由于著陸地的獨(dú)特地貌特點(diǎn)，它的避障需求遠(yuǎn)高于其他著陸任務(wù)。

可以看出，在進(jìn)入準(zhǔn)備階段后，“嫦娥四號(hào)”的軌跡不降反升，而后進(jìn)入一個(gè)幾乎要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離垂直下降過(guò)程，期間完成避障、懸停、精避障、緩速降落全過(guò)程，難度極大。這么一個(gè)復(fù)雜的“走位”，對(duì)自主導(dǎo)航制導(dǎo)與控制要求極高。

“嫦娥四號(hào)”的能量怎么來(lái)

采用太陽(yáng)能電池板和充電電池組合，是很多月球探測(cè)器的基本配備。在（月球）白天，月球上太陽(yáng)能極其充沛，太陽(yáng)能電池板充電，剩余電能儲(chǔ)蓄下來(lái)，所有系統(tǒng)正常工作。晚上能量不足，只能冬眠或降低工作強(qiáng)度。我國(guó)的“嫦娥三號(hào)”和“玉兔號(hào)”任務(wù)，以及蘇聯(lián)、美國(guó)諸多無(wú)人探測(cè)器，大都采用這個(gè)方案。

為應(yīng)對(duì)夜晚過(guò)低的溫度，探測(cè)器還需要攜帶放射性同位素元素钚-238，它的半衰期長(zhǎng)達(dá)88年，會(huì)源源不斷釋放熱量，做保溫用，“嫦娥三號(hào)”即是如此。與此同時(shí)，它的熱量也可以收集起來(lái)用以發(fā)電，這就是大名鼎鼎的“核電池”，太陽(yáng)系的五個(gè)使者：“先鋒十號(hào)”“先鋒十一號(hào)”“旅行者一號(hào)”“旅行者二號(hào)”““新視野號(hào)”，皆是依靠它實(shí)現(xiàn)了深空之旅。

而在“嫦娥四號(hào)”上，中國(guó)將首次實(shí)驗(yàn)自己的“核電池”技術(shù)。盡管它不是最主要的能量來(lái)源，但這個(gè)突破已經(jīng)意義重大。

國(guó)際合作大突破

嫦娥探月工程作為中國(guó)最具標(biāo)志性大型科學(xué)研究項(xiàng)目之一，在擴(kuò)展中國(guó)航天國(guó)際影響力、甚至直接促進(jìn)國(guó)際合作方面的意義對(duì)我國(guó)而言是無(wú)可取代的，而“嫦娥四號(hào)”任務(wù)（本質(zhì)上“鵲橋號(hào)”中繼衛(wèi)星也屬于“嫦娥四號(hào)”任務(wù)的一部分）更是為中國(guó)航天邁出了突破性的一步。

在科學(xué)方面，低射頻電探測(cè)儀是與荷蘭合作，月表中子與輻射劑量探測(cè)儀是與德國(guó)合作，中性原子探測(cè)儀是和瑞典合作，月球小型光學(xué)成像探測(cè)儀是與沙特合作。

在任務(wù)成功后，“嫦娥四號(hào)”收集來(lái)的一手科研數(shù)據(jù)將會(huì)對(duì)外全部公開(kāi)，歡迎全世界科學(xué)家共同研究。一言以蔽之：嫦娥工程是近些年中國(guó)航天在國(guó)際上最大的一張名片，造成廣泛影響的同時(shí)，也在行業(yè)內(nèi)外得到了很多關(guān)注，是我國(guó)航天對(duì)外開(kāi)放吸引合作的最佳平臺(tái)。

因而，眼前的“嫦娥四號(hào)”，不僅是中國(guó)的，更是全世界的。它的科學(xué)和工程意義，對(duì)整個(gè)人類(lèi)而言都是重大突破。