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嫦娥四号“奔月” 将实现3个国际首次1个国内首次
时间:2018-12-14 11:10:11  来源:本站  作者:

  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。

  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。

  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”。

  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。

  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!

  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。


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