“嫦娥”探月 步步翩躚

Nemo

在今年11月于上海舉行的中國(guó)國(guó)際進(jìn)口博覽會(huì)上，中國(guó)航天科技集團(tuán)表示，年底就將發(fā)射“嫦娥四號(hào)”。其實(shí)，這一發(fā)射消息自8月以來(lái)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(hào)”來(lái)與它相會(huì)的。這是中國(guó)月球探測(cè)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(hào)”發(fā)射升空，拉開了中國(guó)月球探測(cè)工程的序幕。它成功進(jìn)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(hào)”還有一個(gè)備份探測(cè)器。“嫦娥一號(hào)”發(fā)射后，我國(guó)科學(xué)家把這個(gè)備份做成了“嫦娥二號(hào)”探測(cè)器，并于2010年將其發(fā)射?！版隙鸲?hào)”外表看上去與“嫦娥一號(hào)”大同小異，但它攜帶了更清晰的相機(jī)，獲取了分辨率為7米的全月圖。換句話說(shuō)，對(duì)“嫦娥一號(hào)”拍的月球照片，你能分辨出直徑大于360米的隕石坑，而對(duì)“嫦娥二號(hào)”拍的月球照片，你能分辨出直徑大約20米的小坑！

“嫦娥二號(hào)”降低軌道拍攝了“嫦娥三號(hào)”的預(yù)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(cè)器軟著陸選取平坦落區(qū)?！版隙鸲?hào)”還飛到了拉格朗日L2點(diǎn)（拉格朗日點(diǎn)指在太陽(yáng)、地球兩大天體引力作用下能保持相對(duì)靜止的太空物體所在的點(diǎn)，其中L2點(diǎn)是航天器的理想駐留點(diǎn)），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(lái)的“嫦娥三號(hào)”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(hào)”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(hào)”之后的37年來(lái)，人類的探測(cè)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(duì)大部分航天迷來(lái)說(shuō)，看到登陸月球的直播可是有生以來(lái)第一次！

“嫦娥三號(hào)”帶了一輛月球車——“玉兔號(hào)”?！坝裢锰?hào)”在當(dāng)時(shí)成了頭號(hào)“網(wǎng)紅”，吸粉無(wú)數(shù)。它雖然第二個(gè)月就出現(xiàn)了故障，無(wú)法移動(dòng)，而且還無(wú)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(shè)計(jì)壽命只有3個(gè)月??！居然頑強(qiáng)堅(jiān)持了3年，還真是一個(gè)“兔堅(jiān)強(qiáng)”。

因?yàn)椤版隙鹑?hào)”的任務(wù)中，“玉兔號(hào)”出現(xiàn)了意外，原來(lái)的備份便披掛上陣了，這就是“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器。不過(guò)，在發(fā)射“嫦娥四號(hào)”之前，“嫦娥五號(hào)T1”探測(cè)器就已于2014年10月24日發(fā)射了。這個(gè)探測(cè)器采用了“彈跳式”再入返回技術(shù)，安全穿過(guò)地球大氣層，落回地面，從而驗(yàn)證了航天器從月球軌道高速返回的能力，因此可以說(shuō)它是“嫦娥五號(hào)”取樣返回探測(cè)器的開路先鋒。

“嫦娥四號(hào)” 意外驚喜

按照常理，“嫦娥四號(hào)”應(yīng)該在“嫦娥五號(hào)”之前發(fā)射，不過(guò)既然已經(jīng)有了“嫦娥五號(hào)T1”這樣的“插隊(duì)搶先”，“嫦娥五號(hào)”先發(fā)射也不算意外了。然而天有不測(cè)風(fēng)云，2017年，“長(zhǎng)征五號(hào)”火箭發(fā)射失敗，原定“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器在2017年年底發(fā)射的計(jì)劃便無(wú)限期推遲了。于是探月工程又回到了原來(lái)的程序，“嫦娥四號(hào)”定于2018年年底發(fā)射前往月球。

“嫦娥五號(hào)”是我國(guó)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(hào)”又有什么意義呢？“嫦娥四號(hào)”原本是“嫦娥三號(hào)”的備份，聽起來(lái)可不怎么重要呀——如果你以為它只是為了彌補(bǔ)“嫦娥三號(hào)”的遺憾，那就大錯(cuò)特錯(cuò)了！“嫦娥四號(hào)”在科學(xué)上有著重要的意義，而且很可能給我們帶來(lái)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(hào)”準(zhǔn)備的，主要任務(wù)就是為著陸器和月球車提供通信中繼。為什么“嫦娥三號(hào)”沒有這樣一顆“鵲橋”，“嫦娥五號(hào)”計(jì)劃中也不需要呢？這是因?yàn)椤版隙鹚奶?hào)”要去月球背面探險(xiǎn)！

月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)周期相同，所以它的背面我們?cè)诘厍蛏鲜怯肋h(yuǎn)看不見的?！版隙鹚奶?hào)”在月球背面著陸，地球發(fā)出的信號(hào)被月球本身阻隔，所以必須通過(guò)中繼星才能與“嫦娥四號(hào)”聯(lián)系上?！谤o橋”運(yùn)行在拉格朗日L2點(diǎn)的軌道上，這一獨(dú)特的軌道使它既能和月球背面的“嫦娥四號(hào)”聯(lián)系，也能和地球上的測(cè)控站聯(lián)系。單獨(dú)的中繼星價(jià)值不菲，但這錢花得絕對(duì)值。要知道，人類已經(jīng)發(fā)射了數(shù)十個(gè)月球探測(cè)器，還沒有一個(gè)在月球背面著陸呢！中國(guó)的“嫦娥四號(hào)”將填上這個(gè)空白，給我們帶來(lái)月球背面神秘的信息。

“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器包含著陸器和月球車，其探測(cè)設(shè)備為此次探月任務(wù)做了相應(yīng)的調(diào)整。就像我們外出旅游時(shí)會(huì)帶上數(shù)碼相機(jī)或拍照的手機(jī)一樣，“嫦娥四號(hào)”作為去月球“深度旅游”的探險(xiǎn)家，其著陸器裝備了降落相機(jī)和地形地貌相機(jī)，月球車還帶著全景相機(jī)、探測(cè)月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的測(cè)月雷達(dá)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(cè)器踏足的月表地區(qū)進(jìn)行探測(cè)，拍攝我們無(wú)法想象的奇景，也許一不小心就能出大新聞呢！

按照計(jì)劃，“嫦娥四號(hào)”將在月球背面的馮-卡門隕石坑著陸。這個(gè)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(yáng)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(jié)構(gòu)，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(guó)航空航天局（NASA）早已盯上這塊風(fēng)水寶地，在2013—2022年的十年調(diào)查報(bào)告中，NASA將南極-艾特肯盆地取樣返回列為6個(gè)任務(wù)主題之一。如今“嫦娥四號(hào)”搶先一步，捷足先登，希望能夠?yàn)槲覀儙?lái)好消息。

另外，“嫦娥四號(hào)”還有一個(gè)得天獨(dú)厚的“潔凈”的電磁環(huán)境。如前文所說(shuō)，“嫦娥四號(hào)”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(guò)來(lái)我們可以知道，因?yàn)榈厍虻碾姶挪ū辉虑蜃韪?，無(wú)法到達(dá)月球背面，所以“嫦娥四號(hào)”不會(huì)受到電磁干擾。利用這個(gè)特殊的“安靜”環(huán)境，“嫦娥四號(hào)”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(hào)”還肩負(fù)了很多國(guó)際合作任務(wù)，它的著陸器、月球車和“鵲橋”，攜帶了來(lái)自荷蘭、瑞典和德國(guó)等國(guó)家的探測(cè)儀器。比如德國(guó)的中子輻射劑量探測(cè)儀，能探測(cè)著陸區(qū)的輻射劑量，為未來(lái)登上月球的航天員的輻射防護(hù)提供研究依據(jù)?，F(xiàn)在的無(wú)人探月項(xiàng)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(hào)”對(duì)我們中學(xué)生來(lái)說(shuō)，還有一層更親切的意義。以往的月球探測(cè)器所攜帶的儀器、所專注的目標(biāo)，聽起來(lái)都充滿了高科技含量，雖然格外的“高大上”，但多少也有點(diǎn)“不明覺厲”呀！而“嫦娥四號(hào)”除了這些高科技項(xiàng)目外，還專門攜帶了科普載荷，這可是有史以來(lái)獨(dú)一份啊！

2015年12月，為了激發(fā)社會(huì)公眾，尤其是青少年對(duì)科學(xué)和航天探索的熱情，中國(guó)國(guó)家航天局等機(jī)構(gòu)面向全國(guó)的大中學(xué)生和航天愛好者，征集創(chuàng)新性佳、科普效果好的載荷。此項(xiàng)活動(dòng)共征集到257個(gè)創(chuàng)意設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)專家評(píng)議初選后，有20項(xiàng)入圍終審，并公開接受群眾投票。最后登上“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器的“月面微型生態(tài)圈”項(xiàng)目，網(wǎng)絡(luò)得票數(shù)很高。

這個(gè)項(xiàng)目是一項(xiàng)月球微型循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由重慶大學(xué)牽頭設(shè)計(jì)。裝置總重約3千克，原計(jì)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(zhǎng)；蟲卵孵化，幼蟲生長(zhǎng)，蛹破繭成蝶……形成物質(zhì)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(hào)”任務(wù)中一個(gè)極大的看點(diǎn)，也為我們廣大中學(xué)生認(rèn)識(shí)航天、月球和生物圈提供了絕佳的機(jī)會(huì)。未來(lái)，我們不但將登上月球，還要在月球上建立有人的月球基地?！版隙鹚奶?hào)”的微生物圈，就是為這個(gè)偉大的目標(biāo)打前站！