“嫦娥四号”实现人类探测器首次月背着陆

作者： 石墨 来源：战略前沿技术

中国“嫦娥四号”实现人类探测器首次月背着陆

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综合媒体2019年1月4日报道，北京时间1月3日10时26分，中国“嫦娥四号”探测器成功在月球背面南极-艾特肯盆地的冯·卡门撞击坑内着陆，并通过“鹊桥”中继卫星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图，揭开了古老月背的神秘面纱。此次任务实现了人类探测器首次月背软着陆、首次月背与地球的中继通信，开启了人类月球探测新篇章。

图1. “嫦娥四号”着陆器拍摄的着陆点南侧月球背面图像

“嫦娥四号”着陆过程历时约11分钟。10时15分，北京航天飞行控制中心发出指令，“嫦娥四号”探测器从距离月面15公里处开始实施动力下降，在距离月面6-8公里处，探测器快速调整姿态，到达距月面100米处，进行悬停，对障碍物和坡度进行识别和自主避障，找好理想着陆点，然后缓速垂直下降。约690秒后，“嫦娥四号”顺利完成自主着陆。这也是继2013年“嫦娥三号”成功着陆月球正面之后，中国探测器再度造访月球，中国也因此成为世界上第一个在月球正面与背面均成功完成探测器软着陆的国家！

图2. “嫦娥四号”着陆全过程

科学任务

“嫦娥四号”探测器由着陆器和月球车组成，共配置包括2台国际合作载荷在内的8台有效载荷，其中着陆器上安装了地形地貌相机、降落相机、低频射电频谱仪、与德国合作的月表中子及辐射剂量探测仪等4台载荷；月球车上安装了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪和与瑞典合作的中性原子探测仪。目前各设备已准备展开部署，以完成该项目的三大类科学任务，包括：开展月基低频射电天文观测与研究、开展月球背面巡视区形貌和矿物组份及浅层结构探测与研究、试验性开展月球背面中子辐射剂量及中性原子等月球环境探测研究。此外，着陆器还搭载了月表生物科普试验载荷，为中外科学家提供了太空探索的机会。

由于屏蔽作用，地球表面无法开展低频射电的观测，而月球正面由于地球磁环境的影响，开展低频射电观测效果也不好，但是月球背面的磁环境恰恰十分干净，非常适合开展低频射电天文观测。此外，月球背面比正面更为古老，冯·卡门撞击坑的物质成分和地质年代更具有代表性，对研究月球和太阳系的早期历史具有重要价值。

严峻挑战

本次探月任务难度系数大，风险高，其面临的主要挑战包括：月背通信困难和着陆区域地势复杂。

最大挑战之一是与月球探测器保持通信。由于潮汐作用，月球背面始终背向地球，如果不建立中继站，信号很难直接传输到月背，为此中国发射了在月球同步轨道运行的“鹊桥”中继卫星，它可以在地球和“嫦娥四号”探测器之间传输控制指令和数据。但实际上，落月过程在地球方向不直接可见，所有信息传输都需要由中继星“鹊桥号”中转并有一定的延迟，这无疑增加了着陆的风险，所以落月过程只能由GNC系统自主操控，加之回传画面延迟，对地面人员来说，整个过程近乎“盲降”。

图3. “嫦娥四号”通信中继传输示意图

此外，月背着陆区域地势环境复杂也是“嫦娥四号”探月任务所面临的巨大挑战之一。由于月球独特的形貌构造，“嫦娥四号”所去往的月球背面南极-艾特肯盆地地形状况要比月球正面复杂许多。与月球正面的平原相比，月球背面遍布着大量的高山、撞击坑和环形山，地势十分陡峭，难以找到大片的平坦区域用于着陆。中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁曾形容，“嫦娥三号”相当于在华北平原着陆，而“嫦娥四号”则是在崇山峻岭的云贵川地区着陆，“嫦娥三号”月球正面着陆区地形起伏仅800米，而“嫦娥四号”着陆区起伏达到6000米，着陆环境相当严苛。

重大意义

“嫦娥四号”登陆月球背面，既是人类深空探测史上的首次，也是中国探月工程的一项重大成就，“嫦娥四号”今后将通过对片区域的巡视探测，获取月球背面的图片、影像，甚至表面和内部的样本，对月球表面的岩石土壤、温度、光照、浮尘的特征及形成机理、低频射电天文、演化历史等进行研究，并且利用月球背面得天独厚的无干扰低频射电天文环境进行探索性的天文观测，可以为将来我国乃至人类对月球的开发利用提供第一手资料。

从“嫦娥一号”拍摄的全月球影像图，到“嫦娥二号”首次实现我国对小行星的飞越探测，再到“嫦娥三号”成功实现落月梦想、“嫦娥四号”实现月球背面软着陆……探月工程自2004年启动以来取得一个又一个突破，对我国月球及深空探测乃至航天事业的持续发展具有重大意义。这是继人造地球卫星、载人航天飞行取得成功之后我国航天事业发展的又一座里程碑，标志着我国已经进入世界具有深空探测能力的国家行列。