起初踏上奔向月球的旅程!  根据新华社消息2019年1月3日10时26分嫦娥四号探测器自立着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯卡门撞击坑内实现人类探测器首次在月球背面软着陆。  起初踏上奔向月球的旅程!  根据新华社消息2019年1月3日10时26分嫦娥四号探测器自立着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯卡门撞击坑内实现人类探测器首次在月球背面软着陆。

    

  发射成功现场(图源:我们的太空微博)  它对中国探月、乃至整个人类探月到底有多大意义?本文十大看点为你全方位解读。  看点一:为什么选择探测月球背后?  地球上每天都有无数人举头望明月对着它发出各式各样的感慨。但极少有人意识到从他们第一次看到月亮至今除了月亮“形状”(月相)的变化月球表面的“图案”其实从来没变过甚至最早人类远祖古猿看到的月亮和今人并无区别。

    

  动图:nasa的深空天气探测卫星在150万千米外日地拉格朗日点“定点”观察而来的月球掠过地球可以隐晦看到月球只有一面对着地球(图源:nasa)  道理很简单:  通过亿万年的努力强大的地球把月球牢牢得实现了潮汐锁定使它围绕地球一圈的公转周期完全等于自身转动。从地球上就只能看到当初它被固定朝向地球的一面。虽然原因月球天平动和视差现象可以瞥见一小部分背面但绝大部分都是看不到的。

  我们称之为“月球背面”在一些文艺作品中还被艺术得称为“月之暗面”。需要注重的是月球背面也能被太阳照到并不“暗”只不过人类看不到而已。  看点二:“我选择着陆月球背后不是原因它简单而是原因它更难”  人类月球探测、甚至人类航天的巅峰就是大名鼎鼎的阿波罗登月工程它留下了载入史册的三句话:  肯尼迪总统说过两句:“我们要在这个十年断绝前把宇航员送上月球再安全送回来”“我们选择登月不是原因它简单而是原因它很难”。

    经过无数航天人的努力终于在1969年7月20日由阿姆斯特朗说出了最知名的那一句:“这是我的一小步却是全人类的一大步”。  

  到中国嫦娥三号时人类已经在月球正面有过20个着陆器然而背面为0(图源:wikipedia)  但是所有的阿波罗载人任务、甚至苏联和美国的其他无人着陆月球任务都召集在月球正面对这里人类已经了解得非常多。现在不仅顶级科学家可以每天用激光准确监测地月距离和表面情况普通天文爱好者也可以用望远镜了解月球正面的每一个月海、每一座环形山。

  阿波罗计划甚至送了12名宇航员登陆月球正面、还带回了382千克的单体样本。  之所以一直探测正面、在正面着陆却从不去背面一个要紧原因就是背面着陆的难度大大难于正面。  原因苏美太空竞赛的走向渐渐变成“耗资不菲但收获有限”二者先后放弃了月球探测。也给人类的月球探测留下了一个大挑战:谁能成功着陆月球背面?我们要原因难就不去了吗?  嫦娥四号做出了回答:“我选择着陆月球背后不是原因它简单而是原因它更难”。  看点三:月球背后探测会给科研界带来什么?  刀切斧砍划重点:  

  月球正面(左)和月球背面(右)看起来截然不同(图源:nasa)  以上基本意味着第一个实现月球背面着陆的探测器将会收获众多独特的科研成果对世界航天和天文界都将是强大的贡献。  看点四:月球挡住了信号咋办?  

  鹊桥号中继星与地球、月球的轨道关系(图源:吴伟仁等)  这是人类历史上首个月球信号中继卫星架起了地球和月球背后的“鹊桥”它将全程见证嫦娥四号的探测过程也将负责嫦娥四号的全程通信。  看点五:着陆区域到底有多复杂?  如果把此前探测器在月球正面的着陆情形描述为小船轻轻划过湖面嫦娥四号在月球背面的着陆就好比在风暴洋中冲浪难度不可同日而语。

    

  南极-艾特肯盆地的地形图复杂程度远超其他地方图中标注处即冯·卡门环形山(图修改自:garrick-bethell and zuber)  为了成功着陆并释放月球车探测所克服的难度和意义可想而知。  看点六:为什么四天就到月球还迟迟不着陆?  为什么需要这么长的时间呢?  是为了等待时机。  月球被潮汐锁定自转与公转相同导致它的一天就是一年一半是黑夜一半是白天。

  换做地球时间就是近14天交替的白天黑夜。在进入月球轨道后嫦娥四号一边测试仪器一边等待月球进入白天毕竟它的要紧能量来源是太阳能。  

  光线照射形成的影子也是着陆时判断地形的要紧图像参考(图源:nasa)  另一方面原因降落地点处于南极附近它需要渐渐调整轨道倾角才能经过这里比较耗时。同时也要等待太阳光照在月球的角度达到理想的状态这样所有的地貌都会有比较清晰的阴影最大程度辅助光学设备选择并定位着陆地点。

    网上有说法是阿波罗登月的选择时间参考了中国的传统历法——农历某种程度上这个说法挺有道理原因农历与月相一致月相又说明了月球上太阳光照情况。这是登月设备的要紧参考。  看点七:嫦娥四号着陆怎么“走位”?  原因降落的难度大大添补嫦娥四号的着陆方式也将作出改动。原因着陆地的独特地貌特点它的避障需求远高于其他着陆任务。

  嫦娥三号和四号动力下降过程对比(图源:李飞等)  可以看出在进入准备阶段后嫦娥四号的轨迹不降反升而后进入一个几乎要实现长距离垂直下降过程期间完成避障、悬停、精避障、缓速降落全过程难度极大。这么一个复杂的“走位”对自立导航制导与控制要求极高。  看点八:嫦娥四号的能量怎么来?  采用太阳能电池板和充电电池组合是很多月球探测器的基本配备。在(月球)白天月球上太阳能极其充满太阳能电池板充电剩余电能储蓄下来所有系统平常工作。

  晚上能量罪贯满盈只能蛰伏或降低工作强度。我国的嫦娥三号和玉兔号任务以及苏联、美国诸多无人探测器大都采用这个方案。  

  2013年12月2日发射的嫦娥三号和玉兔号月球车它们能量要紧依靠太阳能电池板(图源:中国航天科技集团)  为应对夜晚过低的温度探测器还需要携带放射性同位素元素钚-238它的半衰期长达88年会源源不断释放热量做保温用嫦娥三号即是如此。与此同时它的热量也可以收集起来用以发电这就是大名鼎鼎的“核电池”太阳系的五个使者:先锋十号、先锋十一号、旅行者一号、旅行者二号、新视野号皆是依靠它实现了深空之旅。  而在嫦娥四号上中国将首次实验自己的“核电池”技术。

  尽管它不是最要紧的能量来源但这个突破已经意义庞大。  看点九:逆袭的备份!  嫦娥四号原本是嫦娥三号的备份版本但毫无疑问目前它的科学和工程目标都大大超出了前者。在嫦娥四号动力下降过程中它需要鹊桥号配合完成全部动作这就要求对星上传感器和核心降落辅助设备进行全新升级。  

  月面微型生态圈带有马铃薯、蚕、拟南芥和生命支柱系统(图源:重庆大学)  基于过往经验嫦娥四号对月球车进行了一定改进以期延长使用寿命扩大科研成果。太阳能帆板系统也升级为高效三结砷化镓材料能量来源更强劲。对嫦娥三号已有的测月雷达等设备进行升级。  此外在科学仪器上为充裕利用月球背后的“整洁”天文观测条件它新增了探测中子及辐射剂量、低频射电和中性原子等一系列设备。除了科研它还携带了一个以科普为要紧目标的月面微型生态圈里面有几种生物也是人类首次进行月面生物实验。

    看点十:国际合作大突破  嫦娥探月工程作为中国最具标志性大型科学研究项目之一在扩展中国航天国际影响力、甚至刀切斧砍促进国际合作方面的意义对我国而言是无可取代的而嫦娥四号任务(本质上鹊桥号中继卫星也属于嫦娥四号任务的一部分)更是为中国航天迈出了突破性的一步。  

  嫦娥四号任务的火箭整流罩上有众多国际机构可以看出这是个高度国际化的任务(图源:中国航天科技集团)  在科学方面低射频电探测仪是与荷兰合作月表中子与辐射剂量探测仪是与德国合作中性原子探测仪是和瑞典合作月球小型光学成像探测仪是与沙特合作。  在任务成功后嫦娥四号收集来的一手科研数据将会对外全部大庭广众款待全世界科学家共同研究。一言以蔽之:嫦娥工程是近些年中国航天在国际上最大的一张名片造成广泛影响的同时也在行业内外得到了很多关注是我国航天对外开放吸引合作的最好平台。

    因而眼前的嫦娥四号不仅是中国的更是全世界的。它的科学和工程意义对整个人类而言都是庞大突破。  要紧参考文献:搜索复制