科技館里學(xué)航天

李志忠

“嫦娥四號(hào)”著陸器上裝有多臺(tái)調(diào)姿發(fā)動(dòng)機(jī)，保證它可以穩(wěn)定降落在月面上。

在中國(guó)科學(xué)技術(shù)館四層的環(huán)廊一角，矗立著一個(gè)身披“黃金甲”的巨大模型，旁邊還有一輛“小車”，它們就是人類歷史上第一次降落在月球背面的航天器，大名鼎鼎的“嫦娥四號(hào)”月球探測(cè)器的等比例模型。

雖然這組展品只是一個(gè)1：1 的結(jié)構(gòu)模型，但其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)卻一點(diǎn)都不少。伸出兩只“長(zhǎng)腿”的“大家伙”是“嫦娥四號(hào)”的著陸器，在它旁邊支著一雙大“眼睛”的四輪小車則是“玉兔二號(hào)”巡視器（即月球車）。

前50 個(gè)月晝“玉兔二號(hào)”月球車在月面行駛的軌跡圖，行駛距離累計(jì)1455.2 米，距離“嫦娥四號(hào)”著陸器的直線距離為865.1 米。（圖片來(lái)源：國(guó)家航天局）

著陸器是“嫦娥四號(hào)”最關(guān)鍵的組成部分，它是負(fù)責(zé)攜帶“玉兔二號(hào)”實(shí)現(xiàn)月面軟著陸的飛行器。在其下方有一臺(tái)7500N 的變推力發(fā)動(dòng)機(jī)，利用這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可以控制著陸器的下降速度，實(shí)現(xiàn)空中懸停。在“嫦娥四號(hào)”實(shí)際降落時(shí)，它會(huì)在3000 米到100米的高度進(jìn)行多次懸停，利用底部的相機(jī)拍攝月面照片，選擇合適的降落位置。在著陸器的四周還配有一些噴嘴形的裝置，這些都是著陸器的調(diào)姿發(fā)動(dòng)機(jī)，用于控制著陸器的空中姿態(tài)，確保其以最穩(wěn)定的狀態(tài)降落在月面。在著陸器上部還有太陽(yáng)能電池板、通信天線與全景相機(jī)等設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)著陸器獨(dú)立的觀測(cè)功能。

中國(guó)科技館里展出的“玉兔二號(hào)”月球車模型

說(shuō)完著陸器，再來(lái)看看旁邊的“玉兔二號(hào)”巡視器。這輛月球車可不簡(jiǎn)單，最近的報(bào)道顯示，它已在月球活動(dòng)了4 年多，累計(jì)行駛近1500 米。別看它個(gè)頭小，能力可不弱，除了頭頂?shù)娜皵z像機(jī)用于拍攝月球美景外，在其底部還有一臺(tái)測(cè)月雷達(dá)，用于在巡視路線上直接探測(cè)30 米內(nèi)月壤結(jié)構(gòu)和測(cè)量月面以下100—200 米深處的淺層月殼結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)4 年多的運(yùn)行，它已經(jīng)對(duì)著陸點(diǎn)附近的各種地貌進(jìn)行了詳細(xì)的探測(cè)。

相比于“玉兔一號(hào)”，“玉兔二號(hào)”面臨的環(huán)境更加復(fù)雜，因此它也有了更突出的優(yōu)點(diǎn)。

一是更自主。由于“嫦娥四號(hào)”著陸在月球背面，雖有中繼星，但通信還是不如“嫦娥三號(hào)”方便，因此“玉兔二號(hào)”月球車具備根據(jù)光照條件自主地進(jìn)入休眠狀態(tài)的能力，喚醒后能自主設(shè)置進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

二是更強(qiáng)壯。科研人員改進(jìn)了“玉兔二號(hào)”月球車上的各種走線布局，采取防護(hù)措施避免短路發(fā)生。此外還在系統(tǒng)上做好故障隔離設(shè)計(jì)，即使局部出現(xiàn)問(wèn)題，也不會(huì)讓問(wèn)題進(jìn)一步擴(kuò)展。“玉兔二號(hào)”月球車的結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固，應(yīng)付惡劣環(huán)境和困難的能力更強(qiáng)。

三是更特殊的設(shè)計(jì)。針對(duì)任務(wù)面臨的復(fù)雜地形條件、中繼通信新需求、科學(xué)目標(biāo)的實(shí)際需要等因素，“玉兔二號(hào)”的運(yùn)動(dòng)安全、能源供給、科學(xué)探測(cè)和測(cè)控通信等方面均有著特殊設(shè)計(jì)。

葉培健院士（左）與“嫦娥”月球探測(cè)器模型

值得一提的是，“嫦娥四號(hào)”探測(cè)任務(wù)的成功離不開“嫦娥”系列月球探測(cè)器總指揮兼總設(shè)計(jì)師顧問(wèn)葉培健院士的執(zhí)著。由于“嫦娥三號(hào)”落月探測(cè)器出色地完成了預(yù)定任務(wù)，作為其備份星，“嫦娥四號(hào)”是否要發(fā)射及其承擔(dān)的任務(wù)曾在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不能確定，主要原因是專家意見不一致，分歧的核心在于“嫦娥四號(hào)”是落在月球正面還是背面。

最初，很多專家認(rèn)為“嫦娥四號(hào)”還是應(yīng)該落到月球正面，這樣比較牢靠，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小，不會(huì)節(jié)外生枝，但葉培健院士主張落到月球背面。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@是人類第一次嘗試，也可以原諒。葉院士的提議通過(guò)了，“嫦娥四號(hào)”實(shí)現(xiàn)了人類第一次著陸月球背面并開展探測(cè)活動(dòng)。

“嫦娥四號(hào)”不是一個(gè)很大、很復(fù)雜的月球探測(cè)器，而且還是個(gè)“備份星”，但其發(fā)射的意義卻非常深遠(yuǎn)，它的發(fā)射成功創(chuàng)造了多個(gè)“首次”。

1959 年，蘇聯(lián)“月球3 號(hào)”探測(cè)器首次繞到月球背面，拍攝了世界上第一張?jiān)虑虮趁嬲掌?p>

科研人員為“嫦娥四號(hào)”精心設(shè)計(jì)的飛行軌道，使其能在月球背面安全著陸。（圖片來(lái)源：新華社/ 國(guó)家航天局）

1959年，蘇聯(lián)“月球3 號(hào)”探測(cè)器首次繞到月球背面，拍攝了世界上第一張?jiān)虑虮趁嬲掌?/p>

第一，“嫦娥四號(hào)”是首次到達(dá)月球背面的探測(cè)器。由于月球的自轉(zhuǎn)周期與繞地球的公轉(zhuǎn)周期相同，地球上的人永遠(yuǎn)無(wú)法看到月球的背面，因此很多科幻影片都把月球背面描述得格外神秘——有外星人、宇宙飛船、神秘基地……而真實(shí)的月球背面到底有什么呢？盡管過(guò)去60 多年人類已經(jīng)發(fā)射了100 多個(gè)月球探測(cè)器，但只有不載人的環(huán)繞月球軌道器和載人的“阿波羅”飛船遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看到過(guò)月球背面，并沒(méi)有一個(gè)探測(cè)器真正地到達(dá)月球背面進(jìn)行探測(cè)。因此，“嫦娥四號(hào)”是世界上第一個(gè)在月球背面軟著陸和巡視探測(cè)的航天器。

第二，“嫦娥四號(hào)”首次發(fā)射了月球探測(cè)中繼衛(wèi)星。受月球自身遮擋，著陸在月球背面的探測(cè)器無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)與地球的測(cè)控通信和數(shù)據(jù)傳輸。“嫦娥四號(hào)”的“鵲橋”中繼星成為架設(shè)在“嫦娥四號(hào)”著陸器和巡視器與地球間的“通信站”、搭建地月信息聯(lián)通的“天橋”。4 年多來(lái)，“鵲橋”圓滿完成了它的任務(wù)，承擔(dān)了“嫦娥四號(hào)”地月中繼測(cè)控通信的職責(zé)。

第三，“嫦娥四號(hào)”首次在月球上開展月面生態(tài)系統(tǒng)研究。在“嫦娥四號(hào)”著陸器上搭載著一個(gè)“月面微型生態(tài)圈”，這個(gè)小罐子里放置了兩種種子、蠶卵、土壤、水、營(yíng)養(yǎng)液和空氣以及微型相機(jī)和信息傳輸系統(tǒng)等科研設(shè)備，可進(jìn)行史無(wú)前例的月面生態(tài)系統(tǒng)研究。

“嫦娥四號(hào)”在人類歷史上首次實(shí)現(xiàn)了航天器在月球背面軟著陸和巡視勘察，首次實(shí)現(xiàn)了月球背面同地球的中繼通信，并與多個(gè)國(guó)家和國(guó)際組織開展了具有重大意義的國(guó)際合作。這是中國(guó)航天堅(jiān)持自力更生、自主創(chuàng)新取得的又一重大成就，是中國(guó)由航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的重要標(biāo)志之一，是新時(shí)代中國(guó)人民攀登世界科技高峰的新標(biāo)桿、新高度，更是中華民族為人類探索宇宙奧秘作出的又一卓越貢獻(xiàn)。

為解決通信阻礙，我國(guó)于2018 年5 月21 日發(fā)射了一顆中繼通信衛(wèi)星“鵲橋號(hào)”，定位于地月拉格朗日L2 點(diǎn)附近。該點(diǎn)位于地月球心連線上靠近月球的一側(cè)，距月球約6.5 萬(wàn)千米，能同時(shí)“看到”地月，成為地月通信的“使者”。此圖為“鵲橋號(hào)”中繼星為地球和“嫦娥四號(hào)”提供數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)的模擬效果圖。（圖片來(lái)源：國(guó)家航天局）

希望“嫦娥四號(hào)”著陸器和“玉兔二號(hào)”月球車能繼續(xù)穩(wěn)定工作，為人類揭開更多月球背面的秘密。（圖片來(lái)源：國(guó)家航天局）