嫦娥四號成功發射：本是備胎 華麗逆襲

　　▲2018年8月15日，中國國家國防科技工業局探月與航天工程中心正式對外公布嫦娥四號月球探測器——著陸器和月球車外觀設計構型

　　原標題 嫦娥四號成功發射：本是備胎，華麗逆襲！替人類到去月球背面看看

　　來源 北京科技報

　　記者 趙天宇 編輯 劉昭 

　　採訪專家：張厚英（中國空間學會副理事長，原中國載人航天工程應用系統總指揮）

　　8日凌晨2時許，嫦娥四號月球探測器由長征三號乙改進型運載火箭成功發射，將實現人類首次月球背面著陸和巡視勘察。為啥要去月球背面？

　　2018年12月8日凌晨02:23分，嫦娥四號月球探測器由長征三號乙改進型運載火箭成功發射。

　　嫦娥四號將對月球背面南極艾特肯盆地開展著陸巡視探測，實現人類首次月球背面軟著陸和巡視勘察。為什麼要去月球背面？軟著陸難度又多大？中國的探月工程，未來又將如何發展？

　　從「備份」到「備受矚目」

　　嫦娥四號的逆襲之路

　　這幾年，有個叫做「備胎逆襲」的詞語很火，但誰能想到，如今備受矚目的嫦娥四號，最早的身份竟是「備胎」，甚至一度計劃取消發射！

　　2013年12月14日，嫦娥三號月球探測器在月球西北部成功軟著陸，中國成為世界上第四個掌握月球探測登陸技術的國家。但與此同時，作為嫦娥三號備份星的嫦娥四號，身份就異常尷尬了。

　　所謂「備份星」是指在先導星工作失效的情況下，接替先導星工作的衛星。在嫦娥系列衛星中，嫦娥一號、三號、五號這幾個奇數命名的探測器是先導星，偶數則為正星的備份星。也就是說，嫦娥四號誕生之初，是個不折不扣的「備胎」。

　　因此，關於「嫦娥四號做什麼」的討論，相關科研人員一度產生了分歧，爭執辯論了2年時間，有人甚至提出「節約資金不發射」的主張。舉棋不定之時，「嫦娥」系列月球探測器總指揮兼設計顧問葉培健院士站了出來，他不僅主張發射嫦娥四號，還主張讓嫦娥四號到月球背面去看一看。

　　按照最早的計劃，即便嫦娥四號進行發射，降落點也在月球正面。但葉培健院士卻認為，再落一次月球正面意義不大，他向主管領導提議，「落到月球背面，成功了是一大亮點，即便不成功，也是人類第一次，可以原諒。」功夫不負有心人，有關單位組織了多次討論之後，終於通過了月球背面降落的方案。

　　不過，降落月球不是車場倒庫，正面背面一字之差，技術難度卻是天壤之別，最棘手的就是通訊問題，也是人類從未涉足的重要原因之一。因此在飛行器登陸之前，必須先發射中繼衛星來進行通信傳輸。

▲鵲橋中繼星示意圖

　　今年5月，嫦娥四號的先行者「鵲橋號」中繼星在我國西昌衛星發射中心用長征四號丙運載火箭成功發射；6月14日11時06分，鶴橋號中繼星成功實施軌道捕獲控制，進入環繞距月球約6.5萬公里的地月拉格朗日L2點Halo使命軌道。它將在此軌道陸續開展在軌測試和中繼通信鏈路聯試，並為嫦娥四號月球探測器提供地月中繼測控通信。

　　而此次嫦娥四號的著陸器和巡視器（月球車）由長征三號乙（CZ-3B）運載火箭發射，送入傾角28.5°、近地點高度200 km、遠地點高度約42萬 km的地月轉移軌道，正式開啟揭開月球背面神秘面紗的征程。

　　嫦娥四號為何不在最新落成的海南文昌基地發射？原中國載人航天工程應用系統總指揮,現任中國空間學會副理事長張厚英告訴北京科技報|科學加客戶端記者，文昌發射基地主要發射大型運載火箭，此次發射衛星的長征三號乙運載火箭，屬於中型火箭，從節約資源、提高效率的角度看，西昌發射中心完全可以滿足發射要求，也就無需「跨洋過海」去海南發射了。

▲長征三號系列運載火箭（圖片來源：中國運載火箭技術研究院）

　　地形崎嶇 極熱極寒

　　月球背面軟著陸難度不小

　　月球背面有什麼？與正面以月海平原為主不同的是，月球背面基本上都是山地、高原，布滿了撞擊坑，環境十分複雜。打個比方來說，月球正面的月海如果是華北平原的話，那月球背面的月陸就是橫斷山脈。

　　為何要去月球背面？有一種觀點認為，月球背面並沒有什麼科學價值。但實際上，如同人類在地球上探測南極、北極這些地方一樣，月球背面是人類航天器還沒有著陸過的處女地，既有望獲得有價值的重要科學發現，也有利於突破技術難關，提升航天技術能力。

　　據介紹，月球是屏蔽地球上的無線電雜訊的最好隔絕裝置，因此在月球背面放置射電望遠鏡，對開展射電天文觀測，有利於探測和發現宇宙中極微弱的射電信號。

　　▲月球正面與背面對比圖，正面的月海平原顏色較深，地形比較平滑；而月球背面以月陸為主，地形崎嶇，南部有一個巨大的撞擊盆地，嫦娥四號探測器將著陸區域瞄準在南極－艾肯盆地（South Pole-Aitken Basin），這是一個具有重要科學價值的巨大撞擊坑，可能的著陸點初步確定為馮·卡門撞擊坑（Von Kármán）附近。

　　但是，月球背面降落的難度著實不小，歷史上所有的月球探測器，在月球的降落點無一例外都是地形平坦、光照充足、通信情況良好的地區，並且都是月球正面。但嫦娥四號恰恰相反，選擇月球背面降落，頗有「明知山有虎、偏向虎山行」的意味。

　　具體來看，在月球背面登陸還有許多需要解決的問題，例如在太陽板失效的情況下，如何保證登陸器正常功能？在月夜超低溫環境下，登陸器如何不受干擾？月球背面崎嶇的地形上，登陸器如何準確著陸？此外，月球背面等離子體環境更加惡劣，對登陸器也是個不小的考驗。

　　此次，由中國航天科技集團有限公司抓總研製的嫦娥四號著陸器和月球車，儘管外形上和嫦娥三號月球車「玉兔」頗為相似，但實際上，針對月球背面複雜的自然環境，在適應性更改和有效載荷配置調整方面，嫦娥四號進行了多項有針對性的調整。

　　在溫度控制防護方面，更好迎戰晝夜極熱極冷的月面環境，是嫦娥四號月球車升級提高的重要方向之一。為了保證所有設備在月夜零下180攝氏度的環境中不被凍壞，科研人員專門配置了同位素熱源為儀器設備供熱。除了溫度控制防護之外，嫦娥四號月球車還針對線路方面，進行了設計改進和試驗驗證，使著陸器具備了很高的自主導航和避障功能。

　　在科學載荷方面，嫦娥四號月球車延續了「玉兔」當年探月國產「三大件」，即全景相機、紅外成像光譜儀和測月雷達。除此之外，嫦娥四號月球車還有一個「殺手鐧」，那就是與瑞典合作的中性原子探測儀，這將是人類探月史上首次在月表開展這項探測活動。

▲具有科普教育意義的「月面微型生態圈」將隨嫦娥四號「登陸月球」

　　值得一提的是，嫦娥四號月球車的總重量只有140公斤，是目前全球最輕的月球車。而1970年蘇聯發射的世界第一台無人駕駛月球車，此車重量約為756公斤。

　　作為嫦娥四號的「乘客」之一，月面微型生態圈也將入主月球，用於天體生物學實驗和大眾科普，使得嫦娥四號同時具備了科普教育功能。據了解，這個生態圈是一個由特殊鋁合金材料製成的圓柱形罐子，重3公斤，罐內將放入馬鈴薯種子、擬南芥種子、蠶卵、土壤、水、空氣以及照相機和信息傳輸系統等科研設備。屆時，研究人員將密切關注罐內變化，看看能否開出一朵「月球花」。

　　多項技術待完善

　　嫦娥工程載人登月任重道遠

　　2007年，探月工程先驅者「嫦娥一號」以受控撞月的方式 「粉身碎骨，捐軀報國」，額外完成任務；2010年，嫦娥二號在製作完全月球地圖之後遠飛深空，至今仍在不斷地刷新著「中國高度」；2013年，嫦娥三號與她所攜帶的「玉兔號」月球車一同實現了登陸月球。

　　沉寂了將近5年之後，如今「嫦娥四號」和「嫦娥五號」將帶著探月工程的使命繼續出發，中國人自古以來的探月夢想，也將一步一步變為現實。

　　事實上，中國探月工程的正式建立和開展早已開始，早在九十年代初，中國月球探測工程首席科學家、被譽為「嫦娥之父」的歐陽自遠院士就開始向「863」計劃專家組提議，提出我國應該開展探月探測工程，但在環繞地球的神舟號航天飛船還未發射的彼時，不少人都覺得他的計劃很荒唐，甚至有人罵他不切實際。

　　但歐陽自遠一直堅信，中國不僅能搞探月，而且一定能搞好！為此，他與專家組花費了一年時間，完成了「中國月球探測必要性與可行性研究」。頂著質疑，經過幾十年的相關科研知識研究與積累，2004年「嫦娥工程」被國務院正式批准立項。三年之後，嫦娥一號隨即升空。

　　「嫦娥工程」按計劃分為「無人月球探測」「載人登月」以及「建立月球基地」3個階段。2020年前，中國月球探測工程以無人探測為主，分「繞」「落」「回」三個實施階段，與之對應的則是「嫦娥一號」「嫦娥三號」和「嫦娥五號」衛星。

　　如今「繞」和「落」的兩個步驟已經順利完成，2019年，嫦娥五號將擇機發射，並從月球帶回兩公斤重的月面土壤等樣品，完成「繞落回」中的最後一個步驟，也是技術難度最大的「回」。

　　▲2016年11月03日，海南省文昌市，20時43分,中國最大推力新一代運載火箭長征五號，在中國文昌航天發射場點火升空，約30分鐘後，載荷組合體與火箭成功分離，進入預定軌道，長征五號運載火箭首次發射任務取得圓滿成功。

　　歷史上，不少人質疑美國阿波羅11號登月真實性，質疑點就在返回設備上，認為阿波羅11號登月艙，根本不具備從月球起飛，並對接軌道倉的技術。明年發射的嫦娥五號，成功採集月球土壤樣本之後，將放入著陸器的上升段，該段從月面點火升空進入月球軌道，並與軌道器和返回器的聯合體交會對接，將樣品轉移至返回器內。隨後，軌道器攜帶返回器點火飛向地球。如果任務成功，嫦娥五號將突破「返回」方面的多項技術，為載人登月打下堅實基礎。

　　張厚英表示，嫦娥五號已經無限接近真實的載人登月，兩者之間最大的區別在於生命保障系統，因此嫦娥五號必須用載重量達25噸的長征5號運載火箭才能發射。儘管2017年長征5號的發射失敗，給整個嫦娥工程的發射計劃帶來了一定影響，但他相信，明年的嫦娥五號一定能夠成功發射，未來重載火箭的研發應用也將有序進行。

　　除了重載火箭，還有新型載人飛船、載人登月飛行器、載人月面著陸器、月面機動與探測、登月航天服、月面駐留與原位資源利用、航天員健康與保障、地月空間測控通信等一系列關鍵技術，都需要中國航天人去一一克服，嫦娥工程實現載人登月乃至建立月球基地，依然任重道遠。

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