嫦娥四號：探尋月球背面的秘密

從嫦娥一號登月成功，到嫦娥二號首次實現(xiàn)我國對小行星的飛越探測，嫦娥三號成功實現(xiàn)落月夢想，再到嫦娥四號的“月背”之旅……十幾年的探索、38萬公里的追尋，中國航天以“探月夢”托舉“中國夢”，書寫了人類文明發(fā)展歷程中的驚鴻之筆。

備受期待的年終“航天大戲”終于來了。

2018年12月8日2時23分，嫦娥四號探測器（下稱“嫦娥四號”）從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心出發(fā)，向遙遠(yuǎn)的月球飛去，人類首次月球背面軟著陸巡視探測的大幕正式拉開。

千百年來，月亮一直是人類心中的神秘之所，思鄉(xiāng)的情懷、探索宇宙的渴望，都交織在“舉頭望明月”的目光中。此前，我國探月工程也曾分別實施嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號等任務(wù)，對月球進(jìn)行探測。然而，中國人及其探測器目光所及之處，僅僅是月亮的正面。

月球背面究竟是什么樣，嫦娥四號將第一次身臨其境地“觸摸”它。

2018年12月12日下午，經(jīng)過約110小時的奔月飛行，嫦娥四號到達(dá)月球附近。16時39分，北京航天飛行控制中心科技人員發(fā)出指令，嫦娥四號在距月面 129 公里處成功實施7500牛發(fā)動機點火。

16時45分，嫦娥四號發(fā)動機正常關(guān)機。根據(jù)實時遙測數(shù)據(jù)監(jiān)視判斷，嫦娥四號順利完成“太空剎車”，被月球捕獲，進(jìn)入近月點約100公里的環(huán)月軌道，近月制動獲得圓滿成功。

鮮為人知的是，嫦娥四號不但實現(xiàn)了準(zhǔn)時發(fā)射、準(zhǔn)確入軌，還創(chuàng)造了一個奇跡。按照原計劃，嫦娥四號在近月制動前，要實施3次軌道中途修正，結(jié)果只在12月9日進(jìn)行了1次，就達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。這樣一來，嫦娥四號節(jié)省了用來修正軌道的燃料，從而更有利于執(zhí)行后續(xù)任務(wù)，并延長設(shè)備壽命。

嫦娥四號在環(huán)月軌道運行18天后，其間不斷調(diào)整環(huán)月軌道高度和傾角，進(jìn)行與中繼星中繼鏈路、導(dǎo)航敏感器的在軌測試，于2018年12月30日8時55分，成功實施變軌控制，順利進(jìn)入預(yù)定的月球背面著陸準(zhǔn)備軌道，預(yù)計這次著陸將在2019年1月3日進(jìn)行。

與之前“奔月”的姐妹們不同，這次嫦娥四號瞄準(zhǔn)的是月球背面，那么，嫦娥四號軟著陸背后有哪些不為人知的秘密？

嫦娥四號于2018年12月12日進(jìn)入環(huán)月軌道，截至2018年12月31日，嫦娥四號已經(jīng)繞著月球飛行了19天。對此，有網(wǎng)友問，嫦娥四號為何遲遲不落月？

有專家解釋，嫦娥四號要等著陸區(qū)天亮。月球整體光照情況顯示，嫦娥四號進(jìn)入月球軌道時，它的預(yù)定著陸區(qū)南極-艾特肯盆地一帶正在進(jìn)入夜晚。黑燈瞎火降落，萬一摔跟頭怎么辦？由于一個月夜相當(dāng)于地球上的14天，所以嫦娥四號需要多飛一陣，等到落區(qū)太陽高照時降落，當(dāng)然更加穩(wěn)妥。

但北京航天飛行控制中心軌道專家組組長劉勇指出，嫦娥四號之所以要經(jīng)過這么久的太空飛行，原因不僅于此，還跟嫦娥四號的入軌傾角與落區(qū)位置有關(guān)。

劉勇說，嫦娥四號進(jìn)入環(huán)月軌道時，其軌道面與地月連線基本垂直，而它的著陸點經(jīng)度在180度左右。這意味著當(dāng)時嫦娥四號的軌道并不經(jīng)過落點，其間大約有270度的偏差。這需要通過月球自轉(zhuǎn)，花費時間逐漸彌補。

既然要等，為何不能推遲半個月發(fā)射？這就涉及發(fā)射窗口的問題。嫦娥四號的發(fā)射時間要考慮很多的約束條件，使它與日、地（包括地面點和近地軌道）、月（包括著月點）的相對關(guān)系滿足任務(wù)需求。例如，奔月軌道需要調(diào)整近月點經(jīng)度和飛行時間，讓環(huán)月軌道臨近著月點上空，為登月創(chuàng)造條件;奔月飛行過程中，要考慮太陽能帆板的受曬問題，要求太陽光入射方向與太陽帆板之間的夾角保持在一定范圍內(nèi)。此外，在飛行和著陸過程中，還要考慮連續(xù)測控問題。在此背景下，嫦娥四號形成發(fā)射機會的交集只在2018年12月8日和9日各有2次，加起來也只有幾分鐘，正所謂“過了這村就沒這店”。

千百年來，由于月球自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期相等，加上被地球潮汐鎖定，地球強大的引力讓月球總是一面朝向地球，所以地球上的人們只能看見月球的正面。月球的背面，成為了“秘境中的秘境”。

各種月球探測器拍攝的月球照片顯示，月球背面這張“面孔”并不漂亮，是一張“麻子臉”，隕石坑數(shù)量比月球正面要多得多，放眼望去隨處可見，密密麻麻。月背的“皺紋”也多，布滿溝壑、峽谷和懸崖，而月球正面相對平坦的地方比較多。此外，月球背面還是個“厚臉皮”，它的月殼從整體來講比正面要厚。究竟是什么原因?qū)е略職ず穸炔灰粯樱娬f紛紜，至今仍是天文學(xué)界的一個未解之謎。

嫦娥四號在月球背面降落還有更多科學(xué)目的。月球分為三大地體，即克里普巖地體、斜長高地巖地體、艾特肯盆地地體。前兩個地體，美國、蘇聯(lián)都著陸巡視探測過，只有艾特肯盆地地體沒有近距離就位探測過，因此這塊區(qū)域目前就近距離巡視探測而言，屬于處女地，在科學(xué)上會有很多新發(fā)現(xiàn)。

“月球背面是科學(xué)家們夢寐以求的地方?！蔽覈虑蛱綔y工程首席科學(xué)家歐陽自遠(yuǎn)說，因為月球背面是接收低頻輻射的一個完美場所。“只有到月球背面去，才能夠獲得這些人類從未得到過的信息，而這些信息將蘊藏豐富的科學(xué)內(nèi)容?！?/p>

由于屏蔽作用，在地面上無法開展低頻射電觀測。受地球磁環(huán)境的影響，在月球正面開展低頻射電觀測效果也不盡如人意。恰恰由于月球背面的磁環(huán)境非常干凈，沒有來自地球的無線電波干擾，是進(jìn)行射電天文觀測的最佳場所，如果能利用這一自然地形架設(shè)天文望遠(yuǎn)鏡，就好像把“天文臺”搬到了月球背面。

嫦娥四號降落地點為南極-艾特肯盆地的馮·卡門撞擊坑，這個著陸點是如何選出的？

中國航天科技集團(tuán)五院嫦娥四號探測器總設(shè)計師孫澤洲說，嫦娥四號是嫦娥三號的備份，嫦娥三號的著陸區(qū)在北緯45度左右的虹灣地區(qū)，探測器是按照這一緯度的光照條件設(shè)計的熱控系統(tǒng)和太陽翼。而大部分繼承了嫦娥三號設(shè)計的嫦娥四號首選著陸區(qū)緯度也在40度至50度之間。