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嫦娥四号进入环月轨道 将实现人类首次月球背面“软着陆”

2018-12-16 05:14
编辑:东方财富网

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  12月8日凌晨2时23分,嫦娥四号月球探测器在西昌卫星发射中心成功发射。经过近110小时的飞行,12月12日16时45分,嫦娥四号探测器到达月球附近并实施近月制动,成功进入了近月点约100公里的环月轨道。

  据知乎天文话题优秀回答者、东京大学行星科学博士haibaraemily统计,自1958年开始尝试探索月球以来,人类和无人探测器已经成功着陆月球数十次,总计有20台着陆器、6台月球车、12个宇航员踏上过月球表面,其中包括中国2013年12月成功着陆的嫦娥三号着陆器和玉兔号月球车。

  一直以来,中国的探月工程每一期任务都会进行“一主一备”两手准备,嫦娥四号实际上是嫦娥三号的备用星。据21世纪经济报道记者了解,在2013年嫦娥三号成功完成目标任务后,国防科工局便开启嫦娥四号新的方案论证工作,最终确定由嫦娥四号来实现人类首次软着陆于月球背面并开展巡视探测的目标。

  因此,无论是外形还是携带的科学仪器,嫦娥四号都和嫦娥三号非常相似,但却不尽相同。一位航天领域专家12月12日接受记者采访时指出,虽然之前有嫦娥三号的成功着陆经验,但是,嫦娥四号面对的是人类从未踏足过的月球背面,所以实施难度会大很多。

  全新的探月之旅

  据记者了解,整个嫦娥四号工程由探测器、运载火箭、发射场、测控、地面应用五大系统组成。其中,探测器系统由着陆器、巡视器和中继星组成。

  这里的中继星,外界其实已经相对熟悉,它就是今年5月21日发射升空的“鹊桥号”。目前,鹊桥号已经飞抵位于地月拉格朗日L2点的Halo使命轨道,它将帮助嫦娥四号着陆器和巡视器与地球进行测控通信和数据传输。

  上述航天专家告诉记者,嫦娥四号着陆器和巡视器基本继承了嫦娥三号的状态,但也根据新的任务进行了一些改进,包括根据月球背面地形条件调整了着陆导航控制策略;针对中继通信的新需求更改了测控通信分系统软硬件;以及针对新的科学目标和国际合作需求调整了有效载荷配置。

  嫦娥四号探测器发射升空后,将先后经历地月转移、近月制动、环月飞行及正式着陆等阶段,目前,嫦娥四号已经进入到100公里的环月轨道。而接下来,嫦娥四号将择机实施轨道机动,进入到100公里乘以15公里的椭圆轨道,然后再择机在近月点实施动力下降。

  整个动力下降过程又会分为6个阶段,分别是主减速段、快速调整段、接近段、悬停段、避障段、缓速下降段。此前,火星探测器“洞察号”的成功着陆,让大家知道了火星着陆的“恐怖7分钟”,虽然月球不比火星,但探测器着陆的难度同样巨大。

  与“洞察号”着陆一样,嫦娥四号着陆月球的过程几乎也是“盲降”。落月过程的测控通信都需要通过中继星“鹊桥号”中转,因此,整个过程都将由GNC(制导、导航与控制) 系统自主操控,再加上回传画面的延迟,地球上的人们只能静静地等待结果。

  如果一切顺利,嫦娥四号将降落在月球背面南极–艾特肯(South Pole-Aitken,SPA)盆地内的冯·卡门(Von Kármán)撞击坑内。据悉,冯·卡门撞击坑位于SPA盆地的中部,直径约186 km,中心坐标为(44.8°S,175.9°E)。

  haibaraemily表示,SPA盆地对人类认识月球有不可替代的重要和特殊意义。一方面,SPA盆地被认为是太阳系内最大、最古老的撞击坑,保存了原始月壳的岩石;同时,SPA盆地深达13公里,是月球上最深的撞击盆地,这意味着当年的撞击事件很可能会挖出月壳深处甚至月幔的物质,这些或将成为人类研究月球内部成分的“钥匙”。

  神秘的月之暗面

  据国防科工局、国家航天局介绍,嫦娥四号任务的工程目标包括两方面:一是实现国际首次地月拉格朗日L2点的测控及中继通信;二是实现国际首次月球背面软着陆和巡视探测。

  同时,嫦娥四号还带有三方面的科学任务:一是开展月球背面低频射电天文观测与研究;二是进行月球背面巡视区形貌、矿物组分及月表浅层结构探测与研究;三是试验性开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究。

  嫦娥四号还承担了多个国际合作项目,其中包括我国与荷兰、德国、瑞典、沙特开展的4项科学载荷方面的国际合作。

  按照规划,嫦娥四号的着陆器设计寿命为6个月,巡视器设计寿命为3个月。但是,中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁此前在接受媒体采访时透露,嫦娥三号着陆器和月球车设计寿命分别为1年和3个月,但最终月球车工作了2年9个月,而着陆器目前仍在运行,工作5年状态依然很好。

  据吴伟仁介绍,嫦娥四号基于“玉兔号”的经验做了很多针对性改进,包括尽量减少电缆裸露在外的面积,从而减少电缆的故障风险等。其预计,嫦娥四号巡视器的工作时间将比“玉兔号”更长。

  在嫦娥三号的基础上,嫦娥四号保留了着陆相机、地形地貌相机、全景相机、红外成像光谱仪和测月雷达。替换的新仪器则包括低频射电频谱仪、月表中子及辐射剂量探测器和中性原子探测器。

  其中,低频射电频谱仪用于探测0.1~40 MHz范围内的太阳低频射电特征和月表射电环境;月表中子与辐射剂量探测仪用于测量月表包括带电粒子、γ射线和中子的综合粒子辐射剂量及LET谱,以及测量月表快中子能谱和热中子通量。这将为未来载人登月安全活动和月表综合粒子辐射模型修正提供最新数据支持。

  此外,为了验证动植物在月面太阳自然光照和低重力条件下的生长状况,嫦娥四号着陆器上还搭载了一个重量为3公斤的月面微型生态圈,内含植物种子及昆虫卵等。

  上述航天专家告诉记者,20世纪60-70年代,美国和苏联开展太空竞赛,实现了无人月球软着陆探测和载人登月,但这些探月任务的着陆点都位于月球正面,这主要是因为缺乏中继通信技术和工程实现难度大等原因。

  但实际上,月球背面拥有独一无二的探索价值。它能屏蔽人类活动产生的无线电干扰以及闪电、极光带来的无线电发射,因此被认为是开展低频射电天文观测的绝佳地点。同时,利用月球背面独特的无线电环境,可填补0.1~1 MHz频段的空白,有望在太阳风激波、日冕物质抛射和高能电子束的产生机理等方面取得原创性的成果。

  2018-12-16,美国国家航空航天局(NASA)的“月球勘测轨道器”拍摄了一组高清月球背面照片,解析度是以往所拍月球背面照片的106倍,所呈现的细节精细程度也创下了历史纪录。

  现在,嫦娥四号将代表人类首次踏上月球背面,实现零距离接触,这也将进一步揭开月球另一面的神秘面纱。

(文章来源:21世纪经济报道)

(责任编辑:DF387)

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