“嫦娥四號”著陸月球背面意味著什么

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，人類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。

在沒有太空探測器的年代，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”探測器傳回了第一張?jiān)虑虮趁娴挠跋瘛?0年前，美國“阿波羅8號”的3位宇航員在環(huán)月飛行時(shí)，成為最先親眼看見月球背面的人類。

越來越多去往月球的探測器讓人們發(fā)現(xiàn)，原來月球背面和正面如此不同：正面相對平坦，而背面崎嶇不平、遍布坑坑洼洼的撞擊坑。無論是物質(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，中國月球探測工程全面啟動(dòng)，嫦娥探月距今已經(jīng)走過了15年。2015年，“嫦娥四號”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)過約38萬公里、26天的漫長飛行后，中國“嫦娥四號”探測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)人類探測器首次月背軟著陸。隨后，“嫦娥四號”通過“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖，揭開了古老月背的神秘面紗。

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

“嫦娥四號”成功著陸月球背面，對中國探月、乃至整個(gè)人類探月，到底有多大意義？

月球背后探測會給科研界帶來什么

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，缺乏實(shí)地驗(yàn)證；

月球背面南極-艾特肯盆地，是太陽系第二大超級隕石坑，早在1998年，NASA的“月球勘探者號”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”實(shí)際著陸地點(diǎn)位于該區(qū)域中部的馮·卡門環(huán)形山，它以錢學(xué)森的恩師的名字命名。這里經(jīng)過了強(qiáng)烈碰撞，極可能曾經(jīng)被熔巖淹沒，各類物質(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；

“月球上氦三能量開發(fā)可供人類能源需求XX萬/億年”的說法，相信大家已經(jīng)看過很多了，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”，沒有任何來自地球的輻射干擾，這意味著它有著無比完美的安靜環(huán)境做天文觀測；

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器將會收獲眾多獨(dú)特的科研成果，對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了以往任何一次著陸，最大落差高達(dá)16.1千米。馮·卡門環(huán)形山屬于其中一塊核心區(qū)域，對“嫦娥四號”而言，相當(dāng)于翻越崇山峻嶺來找它。

如果把此前探測器在月球正面的著陸情形描述為小船輕輕劃過湖面，“嫦娥四號”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。

為了成功著陸并釋放月球車探測，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”早在2018年12月8日就出發(fā)，使用了我國目前深空探測的最強(qiáng)火箭長三乙改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”一邊測試儀器，一邊等待月球進(jìn)入白天，畢竟它的主要能量來源是太陽能。

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)過這里，比較耗時(shí)。同時(shí)，也要等待太陽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”著陸怎么“走位”

由于降落的難度大大增加，“嫦娥四號”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”的軌跡不降反升，而后進(jìn)入一個(gè)幾乎要實(shí)現(xiàn)長距離垂直下降過程，期間完成避障、懸停、精避障、緩速降落全過程，難度極大。這么一個(gè)復(fù)雜的“走位”，對自主導(dǎo)航制導(dǎo)與控制要求極高。

“嫦娥四號”的能量怎么來

采用太陽能電池板和充電電池組合，是很多月球探測器的基本配備。在（月球）白天，月球上太陽能極其充沛，太陽能電池板充電，剩余電能儲蓄下來，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。我國的“嫦娥三號”和“玉兔號”任務(wù)，以及蘇聯(lián)、美國諸多無人探測器，大都采用這個(gè)方案。

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

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

國際合作大突破

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

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

在任務(wù)成功后，“嫦娥四號”收集來的一手科研數(shù)據(jù)將會對外全部公開，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航天在國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，是我國航天對外開放吸引合作的最佳平臺。

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