嫦娥四号“奔月” 将实现3个国际首次1个国内首次

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　原标题：勇敢！无畏！出发！

　　2018年12月8日02时23分，搭载嫦娥四号月球探测器的长征三号乙运载火箭顺利升空，“嫦娥”再次开启耗时约半个月的“奔月之旅”。与之前“奔月”的姐妹们不同，这次嫦娥四号瞄准的是人类探测器从未抵达过的月球背面，“不论是探地形还是探月壤成分，嫦娥四号都是代表人类第一次获得一手数据”，嫦娥四号探测器项目执行总监张熇如此说。美国《福布斯》杂志12月5日文章称，中国开展的是一项勇敢无畏的登陆月球使命。

摄影：梁珂岩 弥向阳 史悦 吕炳宏

摄影： 吕炳宏

　　嫦娥四号这次“奔月之旅”将实现三个国际首次、一个国内首次。即，国际上首次月球背面软着陆和巡视探测，国际上首次月球拉格朗日L2点中继与探测，国际上首次月基低频射电天文观测，国内首次实测月夜期间浅层月壤温度。

　　由于月球自转周期和公转周期相等，加上被地球潮汐锁定，地球强大的引力让月球总是一面朝向地球，所以我们在地球上只能看见月球的正面，而背面永远也看不见。月球背面到底是啥样，嫦娥四号将第一次身临其境触摸它。

　　古人观月，并非完全看不到月球背面。据五院科研人员介绍，月球存在着“天秤动”，像钟摆一样来回摆动，因此，至少有10%至20%的月球背面的边缘地带可以从地球上看到，比如一个跨越1000千米的撞击盆地东海。

　　1959年10月7日，苏联“月球三号”探测器传回月球背面的第一张照片后，月球背面的“真容”就第一次被揭开了。依照这些珍贵的照片资料，苏联在1960年11月6出版了第一份月球背面地图，一年之后，又制作了第一个月球仪，更加清晰的呈现出月球背面的初步特征。在1965年7月20日，苏联“探测器三号”传送回了25张画质更好的月球背面照片，分辨率比“月球三号”高了许多，从照片中可以看到月球背面有一条长数百千米的链状陨石坑。1967年，苏联根据这批照片出版了包含4000个新发现的月球背面地形目录的地图，同年发布了第一份比例为1：5 000 000完整的月面图和修订后完整的比例为1：10 000 000月球仪，月球95%的表面都在上面呈现了出来。

　　人类首次与月背面对面是在1968年，“阿波罗八号”在进行载人登月任务试验的时候，宇航员威廉·安德斯看到的。他描述说，“月球背面看起来像我在孩提时玩过一段时间的沙堆，它们全都被翻起来，没有边界，到处是一些碰撞痕和坑洞”。从那时开始，“阿波罗十号”一直到“阿波罗十七号”的宇航员都曾看到过月球的背面。

　　2010年12月21日，据美国媒体报道，美国国家航空航天局的“月球勘测轨道器”拍摄了一组“惊人”的月球背面照片，这些照片的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。根据这些最新照片数据，美国宇航局绘制了月球背面数字海拔地形图，地形图直观地揭示了月球背面的地形。

　　这次嫦娥四号面临的将是什么样的着陆环境呢？据航天科技集团五院专家介绍，乍一看上去，月球背面这张“面孔”并不漂亮，那是一张“麻子脸”，陨石坑的数量比月球正面要多的多，放眼望去随处可见，密密麻麻的。月背的“皱纹”也多，布满了沟壑、峡谷和悬崖，而月球正面相对平坦的地方比较多。另外还有几处巨大的“痤疮”，暗斑中的物质与月面的普通物质相比有着很大的不同，这种现象似乎能够说明月球背面由于毫无遮拦的暴露在太空里，因而遭遇了大量天体的直接撞击。经年累月，月球就像一个盾牌，为地球挡住了陨石，守护了地球的安全。

　　月球背面还是个“厚脸皮”，它的月壳从整体来讲比正面要厚。究竟是什么原因导致月壳厚度不一样，众说纷纭，是天文学界的一个未解之谜。不过，“厚脸皮”为月球背面的“白肤色”提供了佐证。照片显示，月球背面巨大的陨石坑都呈现出白色，好象从来没有暗色的熔岩从上面流过。科学家们研究认为，由于月球背面的月壳很厚，熔岩无法溢出，而正面月壳很薄，熔岩很容易破缝流淌在表面，所以颜色比正面要“白皙”的多。

　　此外，月球正面月海很多，而月球背面却只有3个，它们的名字分别叫东海、莫斯科海和智海。月球正面有许多巨大绵延起伏的山峦，而背面却不像正面那么多。

　　由于目前还没有宇航员或月球车登上月球的背面，因此，我们对它的详细情况除了借助照片判断，其它的知之不多。而嫦娥四号探测器，为人类逐步揭开月球背面的神秘面纱迈出了关键的一步。

　　人工智能协助发射

　　据《环球时报》记者了解，这是长征三号甲系列运载火箭第五次执行探月工程发射任务，此前这款中国的金牌运载火箭家族已成功将嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、探月工程三期再入返回飞行试验器送入预定轨道，可以称得上是嫦娥奔月的“专属列车”。

摄影：吕炳宏

　　不过这次嫦娥四号奔赴月球背面，对发射提出了更高要求。据金志强总指挥介绍，为满足嫦娥四号进入远地点约42万公里的地月转移轨道的入轨精度要求，嫦娥四号任务火箭设计入轨精度相比嫦娥三号提高了30%以上。此外这次发射每天有两个发射窗口，其中第一个发射窗口有效宽度2分钟，46分钟后进入第二个发射窗口，窗口宽度仅1分钟。为确保火箭可以在发射窗口要求时间内准时发射，研制团队对轨道设计和产品可靠性都进行大量改进。

　　值得一提的是，当前热门的人工智能技术也融入运载火箭的智慧化发射中。据介绍，研究团队通过大数据和智能搜索技术，输入火箭整个生命周期中的多次试验和故障数据记录，自动记忆并学习故障高发薄弱环节，结合专家系统等推理工具，克服高密度发射期人员频繁更换、现场经验不足导致数据分析时间长等缺陷，有效提高数据分析的深度与准度，最终实现运载火箭智慧化发射监测。

　　太空等待的“鹊桥”

　　在漫长的“奔月之旅”中，“嫦娥”在浩瀚的太空中也并不“孤单”——一位专一的“情郎”已经跨越几十万公里路程，在深空中等待着。这就是6个月前发射的嫦娥四号中继星——“鹊桥”。据介绍，嫦娥四号探测器要到月球背面安家落户，首先遇到的就是它与地球不仅相隔遥远的地月距离，而且还要隔着通信信号无法穿透的月球。

　　为保障地球与月球背面之间的通信联系，让嫦娥四号与地球之间的数据传输不受阻挡，2018年5月21日，通信中继星“鹊桥”奔向太空，前往位于月球至地月拉格朗日L2点的预定轨道，开始搭建地月信息联通“鹊桥”的航程。

　　在这半年中，“鹊桥”会经历一段没有光照的日子。专家透露，没有太阳照射的时候，阴影区的温度是零下200摄氏度左右，最冷的地方将达到零下230摄氏度，在如此严寒下，“鹊桥”在太空中需要经历严酷的考验。为了使它在“冰窖”似的环境里不被“冻坏”，研制中，科技人员除了采用特殊的材料外，还进行了大量的极端环境下的试验，有效保证了这些天线能够应对严酷环境的考验。

　　为迎接嫦娥四号的到来，2018年11月9日至11月23日，研制人员对“鹊桥”中继星进行了一次在轨的“体检”。“体检”报告显示，“鹊桥”非常健康！

　　为探察月球背面而“脱胎换骨”

　　许多航天迷都知道，嫦娥四号原先是嫦娥三号的备份星，但据抓总研制嫦娥四号探测器的航天科技集团五院（以下简称“五院”）的科研人员介绍，在嫦娥三号圆满完成任务后，嫦娥四号被赋予了新的担当——实现人类首次月球背面软着陆和巡视勘察。为此嫦娥四号已经“脱胎换骨”，成为全新的航天器。

　　据介绍，嫦娥四号任务的科学目标都是在月球背面完成的，包括实现月基低频射电天文观测，月球背面巡视区形貌、矿物组份探测和月球背面巡视区浅层结构探测。月球背面没有来自地球的无线电波的干扰，是进行射电天文观测的最佳场所，如果能利用这一自然地形架设无线电望远镜，就好像把“天文台”搬到了月球背面。嫦娥四号着陆器在月球背面软着陆后，将开展月基低频射电天文观测研究，预期还可以获得一批原创性的科学成果。“因为没有别的探测器到过月球背面，所以不论是探地形还是探月壤成分，应该都是人类第一次获得一手数据”，嫦娥四号探测器项目执行总监张熇说。

　　嫦娥三号着陆区是月球正面的虹湾。那里布满了月海玄武岩，地势较为开阔、平坦，位于大型撞击坑、月海、高地（山脉）交汇地区，有利于科学勘察目标的选择，当然也有利于与地球的通信联系。据嫦娥四号探测器副总师吴学英介绍，嫦娥四号的主着陆区为月球背面靠近南极一个叫冯·卡门撞击坑的地方，这里着陆区面积比虹湾地区小了许多，因为月球背面山峰林立，大坑套小坑，很难找出再大一些、平坦一些的地方，供嫦娥四号安身。因此，嫦娥四号着陆器在凸凹不平“巴掌大”的地方软着陆，需要具有比嫦娥三号更准确的着陆精度。