“嫦娥”探月 步步翩躚

Nemo

在今年11月于上海舉行的中國國際進口博覽會上，中國航天科技集團表示，年底就將發(fā)射“嫦娥四號”。其實，這一發(fā)射消息自8月以來就不斷登上新聞版面，而5月發(fā)射的“鵲橋”中繼星就是等著“嫦娥四號”來與它相會的。這是中國月球探測工程中的重要一步，所有人都翹首以待。

回顧探月工程

2007年10月24日，“嫦娥一號”發(fā)射升空，拉開了中國月球探測工程的序幕。它成功進入環(huán)繞月球的軌道，還拍攝制作了120米分辨率的全月圖。中華民族嫦娥奔月的神話，給這一探月工程增添了幾分綺麗與浪漫。

“嫦娥一號”還有一個備份探測器。“嫦娥一號”發(fā)射后，我國科學家把這個備份做成了“嫦娥二號”探測器，并于2010年將其發(fā)射。“嫦娥二號”外表看上去與“嫦娥一號”大同小異，但它攜帶了更清晰的相機，獲取了分辨率為7米的全月圖。換句話說，對“嫦娥一號”拍的月球照片，你能分辨出直徑大于360米的隕石坑，而對“嫦娥二號”拍的月球照片，你能分辨出直徑大約20米的小坑！

“嫦娥二號”降低軌道拍攝了“嫦娥三號”的預定著陸區(qū)。它降軌飛掠拍到的照片，分辨率高于1.3米，這有利于為之后的探測器軟著陸選取平坦落區(qū)。“嫦娥二號”還飛到了拉格朗日L2點（拉格朗日點指在太陽、地球兩大天體引力作用下能保持相對靜止的太空物體所在的點，其中L2點是航天器的理想駐留點），并拍攝了小行星“戰(zhàn)神”，這一次探月之旅可謂多姿多彩。

接下來的“嫦娥三號”值得大書特書——它終于在月球上著陸了！2013年12月2日，“嫦娥三號”從西昌發(fā)射升空，12月14日在月球虹灣地區(qū)成功著陸。這是自1976年蘇聯(lián)“月球24號”之后的37年來，人類的探測器第一次重返月球表面。這一著陸受到了全世界人民的熱情圍觀。要知道，對大部分航天迷來說，看到登陸月球的直播可是有生以來第一次！

“嫦娥三號”帶了一輛月球車——“玉兔號”。“玉兔號”在當時成了頭號“網(wǎng)紅”，吸粉無數(shù)。它雖然第二個月就出現(xiàn)了故障，無法移動，而且還無法合上蓋子休眠，但就是硬生生地“活”到了2017年初——要知道它的設計壽命只有3個月啊！居然頑強堅持了3年，還真是一個“兔堅強”。

因為“嫦娥三號”的任務中，“玉兔號”出現(xiàn)了意外，原來的備份便披掛上陣了，這就是“嫦娥四號”探測器。不過，在發(fā)射“嫦娥四號”之前，“嫦娥五號T1”探測器就已于2014年10月24日發(fā)射了。這個探測器采用了“彈跳式”再入返回技術，安全穿過地球大氣層，落回地面，從而驗證了航天器從月球軌道高速返回的能力，因此可以說它是“嫦娥五號”取樣返回探測器的開路先鋒。

“嫦娥四號” 意外驚喜

按照常理，“嫦娥四號”應該在“嫦娥五號”之前發(fā)射，不過既然已經(jīng)有了“嫦娥五號T1”這樣的“插隊搶先”，“嫦娥五號”先發(fā)射也不算意外了。然而天有不測風云，2017年，“長征五號”火箭發(fā)射失敗，原定“嫦娥五號”探測器在2017年年底發(fā)射的計劃便無限期推遲了。于是探月工程又回到了原來的程序，“嫦娥四號”定于2018年年底發(fā)射前往月球。

“嫦娥五號”是我國探月工程“繞落回”三步走的收官之作，那在它之前的“嫦娥四號”又有什么意義呢？“嫦娥四號”原本是“嫦娥三號”的備份，聽起來可不怎么重要呀——如果你以為它只是為了彌補“嫦娥三號”的遺憾，那就大錯特錯了！“嫦娥四號”在科學上有著重要的意義，而且很可能給我們帶來意外的驚喜。

引言中提到，2018年5月，我們發(fā)射了一顆中繼星“鵲橋”。它是為“嫦娥四號”準備的，主要任務就是為著陸器和月球車提供通信中繼。為什么“嫦娥三號”沒有這樣一顆“鵲橋”，“嫦娥五號”計劃中也不需要呢？這是因為“嫦娥四號”要去月球背面探險！

月球的自轉和公轉周期相同，所以它的背面我們在地球上是永遠看不見的。“嫦娥四號”在月球背面著陸，地球發(fā)出的信號被月球本身阻隔，所以必須通過中繼星才能與“嫦娥四號”聯(lián)系上。“鵲橋”運行在拉格朗日L2點的軌道上，這一獨特的軌道使它既能和月球背面的“嫦娥四號”聯(lián)系，也能和地球上的測控站聯(lián)系。單獨的中繼星價值不菲，但這錢花得絕對值。要知道，人類已經(jīng)發(fā)射了數(shù)十個月球探測器，還沒有一個在月球背面著陸呢！中國的“嫦娥四號”將填上這個空白，給我們帶來月球背面神秘的信息。

“嫦娥四號”探測器包含著陸器和月球車，其探測設備為此次探月任務做了相應的調整。就像我們外出旅游時會帶上數(shù)碼相機或拍照的手機一樣，“嫦娥四號”作為去月球“深度旅游”的探險家，其著陸器裝備了降落相機和地形地貌相機，月球車還帶著全景相機、探測月球內(nèi)部結構的測月雷達和分析月球表面成分的紅外光譜儀。這些儀器將在從未有探測器踏足的月表地區(qū)進行探測，拍攝我們無法想象的奇景，也許一不小心就能出大新聞呢！

按照計劃，“嫦娥四號”將在月球背面的馮-卡門隕石坑著陸。這個大坑位于南極-艾特肯盆地西北部。該盆地直徑約2400千米，是全太陽系最大最深的隕石坑，它很可能暴露月幔這樣的月表下層結構，從而讓我們得以研究月球乃至其他星球的早期演化歷史。美國航空航天局（NASA）早已盯上這塊風水寶地，在2013—2022年的十年調查報告中，NASA將南極-艾特肯盆地取樣返回列為6個任務主題之一。如今“嫦娥四號”搶先一步，捷足先登，希望能夠為我們帶來好消息。

另外，“嫦娥四號”還有一個得天獨厚的“潔凈”的電磁環(huán)境。如前文所說，“嫦娥四號”在月背著陸，需要專門的中繼星才能保障和地球的通信。反過來我們可以知道，因為地球的電磁波被月球阻隔，無法到達月球背面，所以“嫦娥四號”不會受到電磁干擾。利用這個特殊的“安靜”環(huán)境，“嫦娥四號”的著陸器將攜帶低頻射電頻譜儀，聆聽宇宙深處的“聲音”！

“嫦娥四號”還肩負了很多國際合作任務，它的著陸器、月球車和“鵲橋”，攜帶了來自荷蘭、瑞典和德國等國家的探測儀器。比如德國的中子輻射劑量探測儀，能探測著陸區(qū)的輻射劑量，為未來登上月球的航天員的輻射防護提供研究依據(jù)。現(xiàn)在的無人探月項目，終究都是為載人登月和建立月球基地做開路先鋒的。

科普載荷 微生物圈

最后，“嫦娥四號”對我們中學生來說，還有一層更親切的意義。以往的月球探測器所攜帶的儀器、所專注的目標，聽起來都充滿了高科技含量，雖然格外的“高大上”，但多少也有點“不明覺厲”呀！而“嫦娥四號”除了這些高科技項目外，還專門攜帶了科普載荷，這可是有史以來獨一份啊！

2015年12月，為了激發(fā)社會公眾，尤其是青少年對科學和航天探索的熱情，中國國家航天局等機構面向全國的大中學生和航天愛好者，征集創(chuàng)新性佳、科普效果好的載荷。此項活動共征集到257個創(chuàng)意設計，經(jīng)過專家評議初選后，有20項入圍終審，并公開接受群眾投票。最后登上“嫦娥四號”探測器的“月面微型生態(tài)圈”項目，網(wǎng)絡得票數(shù)很高。

這個項目是一項月球微型循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)設計，由重慶大學牽頭設計。裝置總重約3千克，原計劃放置烏龜、仙人掌等，最后確定搭載擬南芥種子、馬鈴薯種子、蠶繭和昆蟲卵、土壤、水和空氣。植物種子萌發(fā)，幼苗生長；蟲卵孵化，幼蟲生長，蛹破繭成蝶……形成物質循環(huán)（如下圖）。裝置中配備了攝像頭，可以錄制并播放里面發(fā)生的一切。在空間站拍攝地球表面，大家已司空見慣了；在月球表面直播微型生態(tài)圈，還是世界頭一遭吧？這將是“嫦娥四號”任務中一個極大的看點，也為我們廣大中學生認識航天、月球和生物圈提供了絕佳的機會。未來，我們不但將登上月球，還要在月球上建立有人的月球基地。“嫦娥四號”的微生物圈，就是為這個偉大的目標打前站！