嫦娥四號(hào)：撩開月球背面的面紗

杭添仁

正面還是背面

俗話說“溫故知新”。要想了解嫦娥四號(hào)落月探測(cè)器任務(wù)，需要先知道中國探月工程。

中國探月工程又叫“嫦娥工程”，分繞月探測(cè)、落月探測(cè)和采樣返回探測(cè)，即“繞、落、回”三個(gè)發(fā)展階段實(shí)施。原定計(jì)劃是：嫦娥一號(hào)繞月探測(cè)器用于完成繞月探測(cè)，嫦娥二號(hào)是嫦娥一號(hào)的備份;嫦娥三號(hào)落月探測(cè)器用于完成落月探測(cè)，嫦娥四號(hào)是嫦娥三號(hào)的備份;嫦娥五號(hào)采樣返回探測(cè)器用于完成采樣返回探測(cè)，嫦娥六號(hào)是嫦娥五號(hào)的備份。

但在工程實(shí)施的過程中，由于嫦娥一號(hào)繞月探測(cè)器圓滿完成了預(yù)定任務(wù)，所以嫦娥二號(hào)改為用作探月第二階段的技術(shù)先導(dǎo)星，突破了嫦娥三號(hào)所要采用的六大關(guān)鍵技術(shù);此后，嫦娥三號(hào)落月探測(cè)器也出色完成了預(yù)定任務(wù)，不過，在“嫦娥四號(hào)究竟做什么”這個(gè)問題上，有關(guān)專家意見不一致，為此爭(zhēng)論了兩年之久。分歧的核心是嫦娥四號(hào)是落在月球正面還是背面。

剛開始很多人都認(rèn)為嫦娥四號(hào)落到月球正面，這樣比較牢靠，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小，不要節(jié)外生枝了。但是嫦娥一號(hào)總指揮兼總設(shè)計(jì)師、嫦娥系列月球探測(cè)器總指揮兼總設(shè)計(jì)師顧問葉培健院士主張落到月球背面。一次在國防科工局開會(huì)，已經(jīng)準(zhǔn)備寫會(huì)議紀(jì)要，確定嫦娥四號(hào)將落在月球正面了，對(duì)此，葉培健院士對(duì)與會(huì)領(lǐng)導(dǎo)說：“我服從上級(jí)決定，只要定了我一定努力做好。但我不同意嫦娥四號(hào)落在月球正面，因?yàn)殒隙鹑?hào)已經(jīng)落到過正面了，再去落一次有多大意思？”

為此，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)又多次組織討論，最后決定：嫦娥四號(hào)落到月球背面。葉院士認(rèn)為，落到月球背面，如果成功了是一大亮點(diǎn);如果不成功，因?yàn)檫@是人類第一次，也可以原諒。先不要講什么科學(xué)意義、技術(shù)帶動(dòng)，單從邏輯學(xué)上看，落到月球背面的科學(xué)意義就是一句話：背面沒去過！

嫦娥三號(hào)著陸器

嫦娥三號(hào)月球車（玉兔號(hào)）

首先發(fā)射的中繼星

知識(shí)鏈接：

嫦娥四號(hào)有三大科學(xué)任務(wù)

①對(duì)月球背面的環(huán)境進(jìn)行

研究;

②對(duì)月球背面的表面、淺深

層、深層進(jìn)行研究;

③用低頻射電探測(cè)儀探測(cè)

宇宙天體。

中繼衛(wèi)星打頭陣

由于在地球上永遠(yuǎn)看不到月球的背面，所以對(duì)月球背面進(jìn)行落月探測(cè)是很困難的，因?yàn)樵谠虑虮趁嬷懙奶綔y(cè)器不能直接和地球站進(jìn)行無線電通信，這也正是至今全世界還沒有一個(gè)國家把落月探測(cè)器發(fā)射到月球背面軟著陸的重要原因。

怎么辦？目前最好的方案就是先發(fā)射一顆月球中繼衛(wèi)星，用它在地球站與在月球背面著陸的探測(cè)器之間搭建一座用于通信聯(lián)系的“橋梁”。為此，中國在發(fā)射嫦娥四號(hào)落月探測(cè)器之前將于今年5月—6月先把一顆月球中繼衛(wèi)星送入地月拉格朗日2點(diǎn)。這顆月球中繼衛(wèi)星位于月球遠(yuǎn)端上空約8萬千米處，而且運(yùn)行非常穩(wěn)定。在這個(gè)點(diǎn)上，可以讓月球處于地球和月球中繼衛(wèi)星之間，使中繼衛(wèi)星能同時(shí)看到地球和月球，保證實(shí)時(shí)通信，進(jìn)而解決月球背面“看不見、摸不著、無法通信”的問題，為此后發(fā)射的嫦娥四號(hào)與地球站之間提供通信鏈路。這在世界也是第一次。有了這顆月球中繼衛(wèi)星，在地球上就可以對(duì)落在月球背面的嫦娥四號(hào)進(jìn)行測(cè)控通信和科學(xué)數(shù)據(jù)傳輸了。

中繼衛(wèi)星不僅可以將嫦娥四號(hào)著陸器和巡視器獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)傳回地球，并通過中繼提供嫦娥四號(hào)軟著陸及月面工作期間的測(cè)控支持。同時(shí)，它還將攜帶一些試驗(yàn)載荷，開展科學(xué)探測(cè)和新技術(shù)試驗(yàn)。

當(dāng)然，若在近年有其他國家想要去月球背面進(jìn)行詳查，中國月球中繼衛(wèi)星也可以提供中繼通信服務(wù)，分享科技成果。

據(jù)悉，中國將在今年12月發(fā)射嫦娥四號(hào)落月探測(cè)器。它將登陸月球南極附近的艾特肯盆地，成為世界首個(gè)在月球背面軟著陸和巡視探測(cè)的航天器。月球背面的南極-艾特肯盆地是太陽系最大的環(huán)形山，可能保存著太陽系形成之初的寶貴信息，極具探索價(jià)值！

科學(xué)載荷陣容豪華

嫦娥四號(hào)與嫦娥三號(hào)一樣，由著陸器和巡視器（又叫月球車）組成，它們所使用的平臺(tái)也基本相同，但是因?yàn)殒隙鹚奶?hào)與嫦娥三號(hào)科學(xué)目標(biāo)差異很大，因此兩者所裝載的科學(xué)探測(cè)設(shè)備有明顯變化，其中最主要的特點(diǎn)是裝載了三臺(tái)國外科學(xué)載荷。

在月球中繼衛(wèi)星上裝載了荷蘭的低頻射電頻譜儀。它將與位于地球上荷蘭境內(nèi)的LOFAR低頻天文陣列等地面天文觀測(cè)設(shè)施聯(lián)合，首次開展43～46萬千米基線的地月空間VLBI（甚長基線干涉測(cè)量技術(shù)，是把幾個(gè)小望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合起來，達(dá)到一架大望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)效果）射電干涉測(cè)量實(shí)驗(yàn)，還將與嫦娥四號(hào)著陸器上中方研制的低頻射電頻譜儀之間形成干涉測(cè)量，有望對(duì)來自宇宙黑暗時(shí)代和黎明時(shí)期的21厘米氫譜線輻射進(jìn)行探測(cè)，研究在宇宙大爆炸后的幾千萬年到一兩億年間，宇宙如何擺脫黑暗，點(diǎn)亮了第一顆恒星。

在嫦娥四號(hào)著陸器上裝載了德國的中子與輻射劑量探測(cè)儀。它能探測(cè)著陸區(qū)的輻射劑量，為未來的載人登月航天員的危險(xiǎn)度進(jìn)行前期評(píng)估，提供相應(yīng)輻射防護(hù)的依據(jù)。

在嫦娥四號(hào)月球車上裝載了瑞典的中性原子探測(cè)儀。它對(duì)于解決太陽風(fēng)與月表相互作用機(jī)制、月表逃逸層的形成和維持機(jī)制等關(guān)鍵科學(xué)問題有著重要的意義。

與嫦娥三號(hào)類似，嫦娥四號(hào)的著陸器上仍裝有降落相機(jī)、地形地貌相機(jī)，但增加了國內(nèi)新研發(fā)的低頻射電頻譜儀，以及德國的中子與輻射劑量探測(cè)儀，去掉了月基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、極紫外相機(jī)。低頻射電頻譜儀將利用月球背面沒有地球電磁波干擾，天然潔凈的環(huán)境，研究太陽爆發(fā)、著陸區(qū)上空的月球空間環(huán)境，還可以對(duì)來自太陽系行星的低頻射電場(chǎng)進(jìn)行觀測(cè)，并“聆聽”來自宇宙更深處的“聲音”。

嫦娥四號(hào)的月球車上仍裝有全景相機(jī)、測(cè)月雷達(dá)、紅外成像光譜儀，但增加了瑞典的中性原子探測(cè)儀，去掉了粒子激發(fā)X射線譜儀。

嫦娥四號(hào)的著陸方式與工作狀態(tài)跟嫦娥三號(hào)也有很大區(qū)別，性能上也有很大提升。嫦娥三號(hào)是以弧形軌跡緩慢著陸，而嫦娥四號(hào)受月球背面環(huán)境影響，只能采取近乎垂直的著陸方式。特別是嫦娥三號(hào)在月夜的時(shí)候是不能工作的，嫦娥四號(hào)在月夜的情況下還能做一些測(cè)量的工作。

知識(shí)鏈接：

四大關(guān)鍵技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)嫦娥四號(hào)任務(wù)的工程目標(biāo)，需突破四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：

1.復(fù)雜地形環(huán)境條件下的安全

著陸;

2.地月拉格朗日2點(diǎn)軌道設(shè)計(jì)與

控制;

3.地月拉格朗日2點(diǎn)遠(yuǎn)距離中繼

通信;

4.同位素溫差發(fā)電與熱電綜合

利用。

有望實(shí)現(xiàn)三大壯舉

嫦娥四號(hào)任務(wù)的“兩器一星”上共配置了6臺(tái)國內(nèi)研制科學(xué)載荷和3臺(tái)國際科學(xué)載荷。它們將開展以低頻射電天文觀測(cè)、巡視區(qū)形貌、礦物組份及淺層結(jié)構(gòu)為主的科學(xué)探測(cè)。

為了激發(fā)普通民眾特別是青少年的探索熱情，嫦娥四號(hào)還預(yù)留3千克載荷在全國范圍內(nèi)征集大膽創(chuàng)意，現(xiàn)已從全國征集290多項(xiàng)方案，從中選擇了20項(xiàng)優(yōu)秀項(xiàng)目，其中有很多中學(xué)生和大學(xué)生項(xiàng)目，最后將評(píng)選出3個(gè)一等獎(jiǎng)，然后從這3個(gè)項(xiàng)目中選出一個(gè)項(xiàng)目搭載在嫦娥四號(hào)上。

嫦娥四號(hào)有望實(shí)現(xiàn)三大“壯舉”：首次實(shí)現(xiàn)人類探測(cè)器造訪月球背面;首次實(shí)現(xiàn)人類航天器在地月拉格朗日2點(diǎn)對(duì)地月中繼通信;為科學(xué)工作者提供月球背面空間科學(xué)研究平臺(tái)，獲得一批重大的原創(chuàng)性科學(xué)研究成果。例如，利用月球背面屏蔽地球無線電干擾的獨(dú)特條件，開展空間科學(xué)領(lǐng)域最前沿的低頻射電天文觀測(cè)，填補(bǔ)國際空白;利用月球背面保存的最古老月殼巖石的獨(dú)特條件，開展地質(zhì)特征調(diào)查，有望在國際上首次建立集地形地貌、淺層結(jié)構(gòu)、物質(zhì)成分于一體的綜合地質(zhì)剖面和演化模型，獲得對(duì)月球早期演化歷史的新認(rèn)知。

（責(zé)任編輯/劉京）