“嫦娥四號(hào)是人類首個(gè)在月球背面進(jìn)行著陸和巡視的探測(cè)器。這次任務(wù)也是2018年國(guó)際上最具影響力的深空探測(cè)科學(xué)研究工程?！敝袊?guó)航天科技集團(tuán)有限公司五院嫦娥四號(hào)總指揮赫榮偉表示。

12月8日，長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭成功將嫦娥四號(hào)探測(cè)器送入地月轉(zhuǎn)移軌道，踏上了人類首次月球背面著陸探測(cè)的旅程。

曾是“備份”，實(shí)現(xiàn)“首飛”

2016年1月14日，嫦娥四號(hào)任務(wù)通過探月工程重大專項(xiàng)領(lǐng)導(dǎo)小組審議，正式開始實(shí)施。工程任務(wù)中的運(yùn)載火箭系統(tǒng)、嫦娥探測(cè)器系統(tǒng)及“鵲橋”中繼衛(wèi)星均由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司抓總研制。

嫦娥四號(hào)原先是嫦娥三號(hào)的備份探測(cè)器，但2016年通過探月工程重大專項(xiàng)審議后，其有了新的使命——對(duì)月球背面進(jìn)行軟著陸探測(cè)?！暗隙鹚奶?hào)絕不是嫦娥三號(hào)的復(fù)制品，它所承擔(dān)的任務(wù)也不是重復(fù)它的前任，從某種意義上來說是一次真正意義上的‘首飛’?！敝袊?guó)航天科技集團(tuán)有限公司五院嫦娥四號(hào)總設(shè)計(jì)師孫澤洲指出。

嫦娥三號(hào)任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)是開展月球形貌與地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查，開展月表物質(zhì)成分和可利用資源調(diào)查；進(jìn)行月球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)研究和日-地-月空間環(huán)境探測(cè)與月基天文觀測(cè)。簡(jiǎn)言之，就是“測(cè)月、巡天、觀地”。而“嫦娥四號(hào)”任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)是進(jìn)行月基低頻射點(diǎn)天文觀測(cè)與研究；開展月球背面巡視區(qū)地形地貌和礦物組分探測(cè)與研究；實(shí)施月球背面巡視區(qū)淺層結(jié)構(gòu)探測(cè)與研究。

不同的科學(xué)目標(biāo)決定了，和嫦娥三號(hào)相比，嫦娥四號(hào)的探測(cè)儀器也會(huì)有區(qū)別。雖然嫦娥四號(hào)的基本架構(gòu)繼承了嫦娥三號(hào)，但科技人員根據(jù)著陸區(qū)域和科學(xué)目標(biāo)的變化，對(duì)它攜帶的科學(xué)載荷做了很大的調(diào)整，為了完成這些科學(xué)探測(cè)任務(wù)，嫦娥四號(hào)把8臺(tái)有效載荷帶到了月球背面馮·卡門撞擊坑。

著陸器攜帶4臺(tái)有效載荷和1臺(tái)科普載荷，主要有：地形地貌相機(jī)，用于獲取著陸區(qū)高分辨率彩色圖像；降落相機(jī)，用于著陸過程中獲取著陸區(qū)地形地貌特征和圖像；低頻射電頻譜儀，用于進(jìn)行太陽爆發(fā)產(chǎn)生的低頻電場(chǎng)探測(cè)和著陸區(qū)上空的月球電離層探測(cè)；德國(guó)基爾大學(xué)研制的月球中子及輻射劑量探測(cè)儀，用于測(cè)量能量中性粒子輻射和著陸器附近月壤中的相關(guān)物質(zhì)含量；科普載荷用于進(jìn)行生物科普試驗(yàn)。

巡視器（俗稱月球車）上共攜帶4臺(tái)有效載荷。主要有：全景相機(jī)，用于進(jìn)行近距離景物 勘查，地形地貌分析，地質(zhì)構(gòu)造特征分析；紅外成像光譜儀，用于進(jìn)行巡視區(qū)月表礦物化學(xué)成分探測(cè)和分布研究；測(cè)月雷達(dá)，用于進(jìn)行巡視路線上月壤厚度、結(jié)構(gòu)探測(cè)和進(jìn)行巡視路線上月殼淺層結(jié)構(gòu)探測(cè)；瑞典空間物理所研制的中性原子探測(cè)儀，用于進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)月表濺射能量中性原子通量和研究靠近月表的散射能量中性原子分布函數(shù)。

“通過這些探測(cè)器，一方面可以推動(dòng)我國(guó)月球天文觀測(cè)科學(xué)研究的不斷深入；另一方面可以，推動(dòng)月球資源的開發(fā)利用研究的深入?！辨隙鹚奶?hào)研發(fā)人員介紹說。

有三大技術(shù)難點(diǎn)

要完成這個(gè)“前無古人”的月球背面之旅，嫦娥四號(hào)面臨主要三個(gè)主要技術(shù)難點(diǎn)：一是地月拉格朗日L2平動(dòng)點(diǎn)軌道精確設(shè)計(jì)與控制；二是地月拉格朗日L2點(diǎn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)中繼；三是復(fù)雜地形環(huán)境下的安全著陸等。突破這些技術(shù)難點(diǎn)，將實(shí)現(xiàn)三個(gè)國(guó)際首次、一個(gè)國(guó)內(nèi)首次。即，國(guó)際上首次月球背面軟著陸和巡視探測(cè)，國(guó)際上首次月球拉格朗日L2點(diǎn)中繼與探測(cè)，國(guó)際上首次月基低頻射點(diǎn)天文觀測(cè)，國(guó)內(nèi)首次實(shí)測(cè)月夜期間淺層月壤溫度。這一重大科學(xué)創(chuàng)新工程的實(shí)施，無疑將推動(dòng)航天技術(shù)和其他科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

深空測(cè)控通信系統(tǒng)是人類與深空探測(cè)器聯(lián)系的通道和紐帶，在深空探測(cè)任務(wù)中起著關(guān)鍵的作用。由于深空任務(wù)周期長(zhǎng)、通信時(shí)延大、鏈路帶寬有限、信號(hào)微弱、數(shù)據(jù)更加關(guān)鍵可貴等一系列原因，使得深空測(cè)控通信實(shí)現(xiàn)起來更為困難，無論對(duì)星上設(shè)備還是對(duì)地面設(shè)備等都帶來新的挑戰(zhàn)。通信方式不同是嫦娥四號(hào)與嫦娥三號(hào)相比最大的不同。嫦娥三號(hào)與地球的通信聯(lián)絡(luò)由地面站和海上遠(yuǎn)洋測(cè)量船來完成。而由于月球正面的遮擋，月球背面沒有通信信號(hào)，無法與地球?qū)嵤┻m時(shí)通信，因此，嫦娥四號(hào)與地面的通信聯(lián)絡(luò)要由“鵲橋”中繼衛(wèi)星擔(dān)任，借助架設(shè)在地月拉格朗日L2點(diǎn)的中繼衛(wèi)星，實(shí)施與地面的通信信號(hào)“接力”。

2018年5月21日，第一次發(fā)射——嫦娥四號(hào)中繼星“鵲橋”由長(zhǎng)征四號(hào)丙運(yùn)載火箭成功發(fā)射升空。經(jīng)過1次中途修正，于5月25日到達(dá)近月點(diǎn)，在成功實(shí)施近月制動(dòng)后，順利進(jìn)入月球至地月拉格朗日L2點(diǎn)的轉(zhuǎn)移軌道。6月14日，“鵲橋”中繼衛(wèi)星實(shí)施軌道捕獲，進(jìn)入環(huán)繞距月球約6.5萬千米的地月拉格朗日L2點(diǎn)的Halo使命軌道，成為世界首顆運(yùn)行在地月拉格朗日L2點(diǎn)Halo軌道的衛(wèi)星，在此軌道陸續(xù)開展在軌測(cè)試和中繼通信鏈路聯(lián)試后，等待“嫦娥”的到來。

“鵲橋”中繼衛(wèi)星攜帶了一副展開后口徑達(dá)近5米的傘狀天線，在人類上天的深空探測(cè)器上，還沒有這么大口徑的通信天線，它直指地球在月球背面和地球之間架設(shè)了一個(gè)宏偉的信息高速橋梁。除了這副最大天線外，研制人員還給它配備了多副小一些的天線，通過這些天線，不僅可以將地面的測(cè)控指令說給巡視器聽，還可以聽清楚巡視器都“說了些啥”。

為迎接嫦娥四號(hào)的到來，2018年11月9日~11月23日，五院研制人員又對(duì)“鵲橋”中繼星進(jìn)行了一次在軌的“體檢”?！绑w檢”報(bào)告顯示，“鵲橋”非常健康！中繼星將在使命軌道上繼續(xù)“遨游”，靜待嫦娥四號(hào)探測(cè)器，屆時(shí)，嫦娥四號(hào)將在數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星的引導(dǎo)下，安全著陸在月球背面南極馮·卡門撞擊坑附近。

嫦娥四號(hào)首選著陸區(qū)為月球南極馮·卡門撞擊坑的艾特肯盆地。“與嫦娥三號(hào)的虹灣著陸區(qū)相比，虹灣的整體趨勢(shì)較為平坦，但艾特肯盆地的地形就比較崎嶇，撞擊坑大而且分布密集,這就對(duì)探測(cè)器著陸區(qū)的選擇和著陸精度提出了更高的要求。” 中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司八院（上海航天技術(shù)研究院）嫦娥四號(hào)副總指揮兼副總設(shè)計(jì)師張玉花指出，“由于著陸區(qū)在月球背面，使得著陸器和巡視器無法同地球直接通信，必須用中繼星中繼的方式；同時(shí)在動(dòng)力下降過程中，著陸器也不能對(duì)地直接通信，只能通過中繼星進(jìn)行上下行操作，這些都是此次任務(wù)的難點(diǎn)。”

此外，巡視器還要面對(duì)月球表面晝夜溫差變化大、低重力環(huán)境以及細(xì)小微塵的污染等問題。比如，月球的重力只有地球的1/6，我們要針對(duì)這種低重力環(huán)境，對(duì)巡視器的移動(dòng)速度、距離、越障能力等狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行充分的應(yīng)對(duì)。

張玉花介紹說，此次嫦娥四號(hào)八院承擔(dān)了嫦娥四號(hào)著陸器、巡視器五個(gè)半分系統(tǒng)的研制任務(wù)，包括巡視器移動(dòng)分系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)、測(cè)控?cái)?shù)傳分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)、綜合電子分系統(tǒng)移動(dòng)/機(jī)構(gòu)控制與驅(qū)動(dòng)組件、著陸器一次電源分系統(tǒng)。