月球背面迎来首位地球访客

栏目:万花筒斑 来源:www.xielunyan.com 编辑:写轮眼官网 时间:2019-01-12 03:13

玉兔的第一行脚印:嫦娥四号着陆器监视相机C拍摄的“玉兔二号”巡视器走上月面影像图。国家航天局供图嫦娥四号巡视器即月球车的车轮。国家航天局供图沉寂了几十

月球背面迎来首位地球访客

  玉兔的第一行脚印:嫦娥四号着陆器监视相机C拍摄的“玉兔二号”巡视器走上月面影像图。国家航天局供图

月球背面迎来首位地球访客

嫦娥四号巡视器即月球车的车轮。国家航天局供图

  沉寂了几十亿年的月球背面,终于迎来第一位地球访客——嫦娥四号。1月3日,嫦娥四号在飞越38万公里,跋涉近1个月后,成功踏足月球背面。

  月球是距离人类家园最近的天体,从嫦娥奔月的神话到万户飞天的尝试,中国人对月球的神往从未停歇。但在过去60年的人类月球探测史上,月球背面始终是一块未被抵达的处女地。(详见中国青年报2018年12月10日 1 版《“嫦娥”再奔月 缘何向“背面”》)

  如今,随着嫦娥四号翩翩落月,人类探测器第一次在月球背面软着陆。有人说,此次任务意义堪比嫦娥三号将“嫦娥栖广寒”传说变为现实,“落月”是向国际领先者追赶,而这一次,则是“嫦娥一小步,人类一大步”,改写了全人类的历史。

  嫦娥落月地点有何深意?

  月球背面东经177.6度、南纬45.5度。中国探月工程的落月壮举,让这组略显拗口的地理坐标第一次走进公众视线。

  就是在此附近的预选着陆区,即南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑,来自中国的嫦娥四号探测器成功着陆,实现了人类探测器首次月背软着陆。

  对嫦娥四号来说,找到一个合适的着陆点安家,是初入月背的头等大事。月球背面那么大,嫦娥四号为何独独选择在南极-艾特肯盆地“安家”?

  航天科技集团五院专家告诉中国青年报·中青在线记者,为了完成着陆器月球软着陆探测任务,软着陆区域的选择应从两个方面来考虑,也可称之为“两个有利于”,即有利于科学探测目标的实现和有利于工程的实施。

  嫦娥四号远赴月球背面,不是为简单地写下一句“到此一游”,而要在科学探索上“大展拳脚”,选择落区应满足其科学探测的需要。

  不少人选择在“北上广”等地扎根,图的是大城市的丰富资源,嫦娥四号作为“月漂一族”,也是按照这个逻辑在月球上寻找安家地点,即选择在地质现象丰富或成熟月壤区、矿产资源丰富的地区,如月海和高地的接触带、大型山脉、典型撞击坑构造区域等。

  南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑就符合这样的条件。中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁曾提到,冯·卡门撞击坑具有较高的科学探测价值,坑内的钍、氧化铁、二氧化钛等含量均较高,同时物质组成的异常空间分布,可能提供火山活动以及月壳活动线索,有利于开展月壳活动研究,并对月幔玄武岩起源研究有重要意义。

  这是其一,其二就是可行性。要办好人类首次月球背面软着陆这件大事,除了“天时”与“人和”,还要看“地利”——必须选择在相对平坦的区域,否则,嫦娥落月就有可能闹出“翻跟头”的笑话。

  “采光”不好也不行。用航天科技集团五院嫦娥四号探测器系统总设计师孙泽洲的话说,如果降落到低纬度地区,光照条件好、能源获得充足,但对于热控是巨大挑战;如果降落在高纬度地区,热控压力大大减少,但太阳能获取又受到影响。

  综合考虑多种因素,嫦娥三号按照中高纬度降落来进行设计,嫦娥四号在月球背面着陆的纬度也确定在40度~50度的范围内,孙泽洲说:“如此既能确保探测器获得足够的能源,又能避免月昼带来的高温影响。”

  就这样,嫦娥四号的新家园落在了冯·卡门撞击坑内。

  落月过程真的是“盲降”吗?

  相较于嫦娥三号,嫦娥四号的落月难度更大。吴伟仁打了一个比方:月球正面相当于我国的大平原,地势平坦,但月球背面就有点像我国的西南山区,到处都是高山和撞击坑;嫦娥三号相当于在华北平原着陆,而嫦娥四号则是在崇山峻岭的云贵川地区着陆。

  航天科技集团五院502所制导、导航与控制系统科研人员给出一组数字:嫦娥三号月球正面着陆区地形起伏仅800米,着陆时可供选择的区域范围长约300公里、宽约90公里,而嫦娥四号月球背面着陆区地形起伏达6000米,只能在有限的相对大的撞击坑里寻找相对平坦的位置作为着陆区。何谓“平原”,何谓“山区”,可见一

  同样困难的是,地球方向无法直接“看到”落月过程,所有的信息传输都需要由“鹊桥”中继星中转完成,期间会产生一定的延时,这对于瞬息万变的降落过程显然太久——这一难题,也是长期以来从未有探测器或宇航员着陆月球背面的主要原因。

  因此,对地面人员来说,在月球背面降落近乎是“盲降”,任务风险和压力都交给了制导、导航与控制系统。

  嫦娥四号着陆器制导、导航与控制系统主任设计师、航天科技集团五院502所专家程铭说,航天是系统工程,高风险、高难度,每一个大大小小的因素都可能关系着整个任务的成败,制导、导航与控制系统更是如此,它负责嫦娥四号着陆器和巡视器组合体奔月、环月、落月的整个过程的控制,“特别是临近月球时的‘踩刹车’和落月的过程,没有重来的机会,对系统的可靠性有着极高的要求。”

  1月3日,程铭和团队成员一起见证了嫦娥四号“盲降”的全过程——

  首先是掉头,做好下降准备,等到落月指令后,嫦娥四号按照制导、导航与控制系统的指挥,在距离月面15公里高度启动发动机开始减速,同时调整姿态。

  在距离月面8公里时,嫦娥四号变为垂直下降,直至最后100米——这是和嫦娥三号落月最大的不同。

  “如果说嫦娥三号是以一个抛物线的形式着陆,那么嫦娥四号就近乎垂直着陆。”按照孙泽洲的说法,这种着陆方式,在15公里到8公里高度为倾斜下降,8公里之后就改为垂直向下。与之相应的是,嫦娥四号着陆导航敏感器的性能就必须进一步提升。

  距离月面100米处,嫦娥四号稍稍悬停,在空中缓了口气,待选定落脚点后,才缓缓“飘”了下去。

  孙泽洲表示,此举是为保证落地时每只脚都不踩到石头上或坑里,悬停即是对障碍物和坡度进行识别,找好理想着陆点。

  大约10分钟后,嫦娥四号自主着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内。整个过程,地面人员都通过“鹊桥”中继星观看了“直播”。

  不少人捏了一把冷汗:这其中不乏风险,比如,如果下降过程中,“鹊桥”中继星的信息传输“卡住”,影响到数据上传,怎么办?

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