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中国嫦娥四号探测器成功发射 将实现人类首次月背软着陆
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2018-12-07 21:13 来源:侨报网综合 编辑:燕妮

侨报网综合编辑】8日凌晨,位于四川大凉山的西昌卫星发射中心发射场灯火辉煌,高耸的发射塔架旁矗立着嫦娥四号月球探测器与长征三号乙运载火箭组合体。2018年度中国最重要、最受关注的一次航天发射任务正蓄势待发。

“四姑娘”将实现人类首次月背软着陆

2时23分,随着指挥员一声令下,器箭组合体底部烈焰与浓烟交织喷涌而出,在轰鸣声中,火箭托举着嫦娥四号探测器扶摇直上,越飞越高、越飞越快,很快就成为一个亮点,融入满天繁星之中。

继2007年嫦娥一号实现中国人“奔月”梦想、2010年嫦娥二号不断刷新探索太空的“中国高度”、2013年嫦娥三号成功落月并开展月面巡视勘察后,被昵称为“四姑娘”的嫦娥四号也启程奔月。

与三位“姐姐”奔月目标不同,嫦娥“四姑娘”此行是为了奔赴月球背面的“约会”,这将创造中国人在太空的一项世界纪录——实现人类首次月球背面软着陆,开展月球背面就位探测及巡视探测。

来自中国官方的消息说,嫦娥四号的科学任务主要包括开展月球背面低频射电天文观测与研究;开展月球背面巡视区形貌、矿物组份及月表浅层结构探测与研究;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。月球背面具有独特的电磁场环境和地质特征,特别适合开展低频射电探测等空间天文学研究和月球物质成分探测等科学研究。

月球背面着陆探测目前尚属国际空白,嫦娥“四姑娘”此行不仅有望揭开月球背面的神秘面纱,也有利于增进人类对宇宙未知奥秘的认知。

为保障抵达月背后与地球上的“娘家”联系,为嫦娥“四姑娘”奔赴月球背面“牵线搭桥”的“鹊桥”中继星,今年5月就已成功发射并顺利进入环地月拉格朗日L2点使命轨道,状态正常。

如今,嫦娥四号正在奔月路上,“鹊桥”中继星也在太空翘首以待。人们相信并祝愿,嫦娥“四姑娘”奔赴月球背面之行一路顺利,“约会”成功。

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北京时间8日凌晨2时23分,中国嫦娥四号探测器在西昌卫星发射中心成功发射。(图片来源:中新社)

奔向月球背面,嫦娥四号面临哪些挑战?

嫦娥四号探测器包括两器一星,即月球软着陆探测器(着陆器)、月面巡视探测器(巡视器)、“鹊桥”中继卫星。中国航天科技集团有限公司八院承担了嫦娥四号着陆器、巡视器五个半分系统的研制任务,研制人员逐一盘点挑战。

如何在地形崎岖的盆地着陆?

嫦娥四号首选着陆区为月球南极-艾特肯盆地。“嫦娥三号的虹湾着陆区整体趋势较为平坦,但艾特肯盆地的地形就比较崎岖,撞击坑大而且分布密集,这就对探测器着陆区的选择和着陆精度提出了很高的要求。”中国航天科技集团有限公司八院嫦娥四号副总指挥兼副总设计师张玉花介绍。

张玉花表示,由于着陆区在月球背面,使得着陆器和巡视器无法同地球直接通信,必须用中继星中继的方式;同时在动力下降过程中,着陆器也不能对地直接通信,只能通过中继星,这些都是此次任务的难点。

此外,巡视器还要面对月球表面昼夜温差变化大、低重力环境以及细小微尘的污染等问题。据悉,在整个任务过程中,设计团队为巡视器定义了感知、移动、探测、充电、安全、月昼转月夜、休眠、月夜转月昼多种工作模式,以应对不同工作环境、适应不同工作状态的要求。

探测器如何与地球通讯?

嫦娥四号任务与嫦娥三号任务首要的不同,就是探测器降落落点由月球正面改为了月球背面,使得探测器与地球的直接通讯信号受到月球遮挡,必须通过“鹊桥”中继星进行信号中转。

今年5月,“鹊桥”中继星被成功送入地月转移轨道,卫星随后进入环绕地月L2点的使命轨道,为后续着陆器、巡视器与地面站之间的测控和数据传输提供中继服务,而随之带来的是地球与巡视器间的通讯时延大大增长。

不同于嫦娥三号任务时科研人员可以在监控屏前实时观察到巡视器对指令的执行状况,此次从指令发出到行动图像传回至少有数分钟的延迟,对于巡视器的移动和机构活动有较明显的影响。为此,设计人员计算并设定了巡视器每项行动的最大耗时,连同每次行动指令一同发送,同时赋予巡视器一定的自主功能,以便有效应对可能的突发状况。

如何度过极寒漫长的月夜?

一个月夜相当于地球上14天。同时,月夜最低温度可达-180℃(-292℉)。在没有光照的漫长黑夜里,对于依靠太阳能提供能量的嫦娥四号着陆器和巡视器来说,如何依靠自身存储的能量安全度过月夜将是一个很大的挑战。

面对这一难题,研制人员提出了休眠唤醒的概念。当太阳缓慢地升起时,着陆器和巡视器将开始忙碌的14天工作——着陆器在原地实施科学探测,巡视器则“东奔西走”开始探测。当月夜降临时,巡视器会为自己找好栖身之所,收起桅杆,合上太阳翼,开始休眠。一直到太阳照射到月球车太阳翼的电池片上,唤醒“沉睡”的巡视器和着陆器,开启又一次勘测。

“嫦娥四号采用了目前中国最先进的高效三结砷化镓太阳电池,光电转换效率从原先的28.6%升至30.84%。”研究人员介绍介绍,新电池在光电转换效率、输出电压等技术指标上均优于原电池。

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神秘月之暗面:月壳更厚、“皱纹”更多

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,所以人们在地球上只能看见月球的正面,而背面永远也看不见。可以说,月球背面对于人类来说,是“秘境中的秘境”。

北京《新京报》报道,其实,人类并非完全看不到月球背面。

据中国航天科技集团五院科研人员介绍,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。

1959年10月7日,前苏联“月球三号”探测器传回月球背面首张照片后,月球背面的“真容”第一次被揭开。依照这些珍贵的照片资料,前苏联在1960年11月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。

1965年7月20日,前苏联探测器传送回了25张画质更好的月球背面照片,可以看到月球背面有一条长数百千米的链状陨石坑。1967年,前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比5000000完整的月面图和修订后完整的比例为1比10000000的月球仪,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,美国“阿波罗八号”在进行载人登月任务试验的时候,宇航员威廉·安德斯首次看到月球背面。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”。从那时开始直到“阿波罗十七号”,宇航员都曾看到过月球的背面。

2010年12月21日,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。根据这些最新照片数据,NASA绘制了月球背面数字海拔地形图,直观地揭示了月球背面的地形。

如今,人类观察月背的视角将从太空中变为身临其境。嫦娥四号将首次实现月球背面软着陆和巡视勘察,迎接它的将是怎样的环境?

据中国航天科技集团五院专家介绍,乍一看上去,月球背面“面孔”并不漂亮,是一张“麻子脸”,陨石坑的数量比月球正面要多的多。

月背的“皱纹”也多,布满了沟壑、峡谷和悬崖,而月球正面则更为平坦。月背还有几处巨大的“痤疮”,暗斑中的物质与月面普通物质相比有很大不同,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。

月球背面月壳整体比正面更厚,究竟是什么原因导致月壳厚度不一样,众说纷纭。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得多。

此外,月球正面月海很多,而月球背面却只有3个,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,人们对月球背面详细情况只能借助照片判断。而嫦娥四号为人类逐步揭开月球背面的奥秘迈出了关键的一步。(完)

编辑:燕妮
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