嫦娥四号：撩开月球背面的面纱

　　2018年，中国航天将掀起前所未有的发射高潮，发射任务有望超过40次，其中包括10多颗北斗三号导航卫星、张衡一号电磁监测试验卫星等影响广泛的先进人造地球卫星，但是最引人瞩目的还是嫦娥四号落月探测器，因为它将是全世界首次对月球背面进行史无前例的着陆探测和巡视探测。

　　正面还是背面

　　俗话说“温故知新”。要想了解嫦娥四号落月探测器任务，需要先知道中国探月工程。

　　中国探月工程又叫“嫦娥工程”，分绕月探测、落月探测和采样返回探测，即“绕、落、回”三个发展阶段实施。原定计划是：嫦娥一号绕月探测器用于完成绕月探测，嫦娥二号是嫦娥一号的备份；嫦娥三号落月探测器用于完成落月探测，嫦娥四号是嫦娥三号的备份；嫦娥五号采样返回探测器用于完成采样返回探测，嫦娥六号是嫦娥五号的备份。

　　但在工程实施的过程中，由于嫦娥一号绕月探测器圆满完成了预定任务，所以嫦娥二号改为用作探月第二阶段的技术先导星，突破了嫦娥三号所要采用的六大关键技术；此后，嫦娥三号落月探测器也出色完成了预定任务，不过，在“嫦娥四号究竟做什么”这个问题上，有关专家意见不一致，为此争论了两年之久。分歧的核心是嫦娥四号是落在月球正面还是背面。

　　刚开始很多人都认为嫦娥四号落到月球正面，这样比较牢靠，技术风险小，不要节外生枝了。但是嫦娥一号总指挥兼总设计师、嫦娥系列月球探测器总指挥兼总设计师顾问叶培健院士主张落到月球背面。一次在国防科工局开会，已经准备写会议纪要，确定嫦娥四号将落在月球正面了，对此，叶培健院士对与会领导说：“我服从上级决定，只要定了我一定努力做好。但我不同意嫦娥四号落在月球正面，因为嫦娥三号已经落到过正面了，再去落一次有多大意思？”

　　为此，有关领导又多次组织讨论，最后决定：嫦娥四号落到月球背面。叶院士认为，落到月球背面，如果成功了是一大亮点；如果不成功，因为这是人类第一次，也可以原谅。先不要讲什么科学意义、技术带动，单从逻辑学上看，落到月球背面的科学意义就是一句话：背面没去过！

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　　嫦娥四号有三大科学任务

　　①对月球背面的环境进行研究；

　　②对月球背面的表面、浅深层、深层进行研究；

　　③用低频射电探测仪探测宇宙天体。

　　中继卫星打头阵

　　由于在地球上永远看不到月球的背面，所以对月球背面进行落月探测是很困难的，因为在月球背面着陆的探测器不能直接和地球站进行无线电通信，这也正是至今全世界还没有一个国家把落月探测器发射到月球背面软着陆的重要原因。

　　怎么办？目前最好的方案就是先发射一颗月球中继卫星，用它在地球站与在月球背面着陆的探测器之间搭建一座用于通信联系的“桥梁”。为此，中国在发射嫦娥四号落月探测器之前将于今年5月—6月先把一颗月球中继卫星送入地月拉格朗日2点。这颗月球中继卫星位于月球远端上空约8万千米处，而且运行非常稳定。在这个点上，可以让月球处于地球和月球中继卫星之间，使中继卫星能同时看到地球和月球，保证实时通信，进而解决月球背面“看不见、摸不着、无法通信”的问题，为此后发射的嫦娥四号与地球站之间提供通信链路。这在世界也是第一次。有了这颗月球中继卫星，在地球上就可以对落在月球背面的嫦娥四号进行测控通信和科学数据传输了。

　　中继卫星不仅可以将嫦娥四号着陆器和巡视器获取的科学数据传回地球，并通过中继提供嫦娥四号软着陆及月面工作期间的测控支持。同时，它还将携带一些试验载荷，开展科学探测和新技术试验。

　　当然，若在近年有其他国家想要去月球背面进行详查，中国月球中继卫星也可以提供中继通信服务，分享科技成果。

　　据悉，中国将在今年12月发射嫦娥四号落月探测器。它将登陆月球南极附近的艾特肯盆地，成为世界首个在月球背面软着陆和巡视探测的航天器。月球背面的南极-艾特肯盆地是太阳系最大的环形山，可能保存着太阳系形成之初的宝贵信息，极具探索价值！

　　科学载荷 阵容豪华

　　嫦娥四号与嫦娥三号一样，由着陆器和巡视器（又叫月球车）组成，它们所使用的平台也基本相同，但是因为嫦娥四号与嫦娥三号科学目标差异很大，因此两者所装载的科学探测设备有明显变化，其中最主要的特点是装载了三台国外科学载荷。

　　在月球中继卫星上装载了荷兰的低频射电频谱仪。它将与位于地球上荷兰境内的LOFAR低频天文阵列等地面天文观测设施联合，首次开展43～46万千米基线的地月空间VLBI（甚长基线干涉测量技术，是把几个小望远镜联合起来，达到一架大望远镜的观测效果）射电干涉测量实验，还将与嫦娥四号着陆器上中方研制的低频射电频谱仪之间形成干涉测量，有望对来自宇宙黑暗时代和黎明时期的21厘米氢谱线辐射进行探测，研究在宇宙大爆炸后的几千万年到一两亿年间，宇宙如何摆脱黑暗，点亮了第一颗恒星。

　　在嫦娥四号着陆器上装载了德国的中子与辐射剂量探测仪。它能探测着陆区的辐射剂量，为未来的载人登月航天员的危险度进行前期评估，提供相应辐射防护的依据。

　　在嫦娥四号月球车上装载了瑞典的中性原子探测仪。它对于解决太阳风与月表相互作用机制、月表逃逸层的形成和维持机制等关键科学问题有着重要的意义。

　　与嫦娥三号类似，嫦娥四号的着陆器上仍装有降落相机、地形地貌相机，但增加了国内新研发的低频射电频谱仪，以及德国的中子与辐射剂量探测仪，去掉了月基光学望远镜、极紫外相机。低频射电频谱仪将利用月球背面没有地球电磁波干扰，天然洁净的环境，研究太阳爆发、着陆区上空的月球空间环境，还可以对来自太阳系行星的低频射电场进行观测，并“聆听”来自宇宙更深处的“声音”。

　　嫦娥四号的月球车上仍装有全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪，但增加了瑞典的中性原子探测仪，去掉了粒子激发X射线谱仪。

　　嫦娥四号的着陆方式与工作状态跟嫦娥三号也有很大区别，性能上也有很大提升。嫦娥三号是以弧形轨迹缓慢着陆，而嫦娥四号受月球背面环境影响，只能采取近乎垂直的着陆方式。特别是嫦娥三号在月夜的时候是不能工作的，嫦娥四号在月夜的情况下还能做一些测量的工作。

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　　四大关键技术

　　要实现嫦娥四号任务的工程目标，需突破四项关键技术：

　　1.复杂地形环境条件下的安全着陆；

　　2.地月拉格朗日2点轨道设计与控制；

　　3.地月拉格朗日2点远距离中继通信；

　　4.同位素温差发电与热电综合利用。

　　有望实现三大壮举

　　嫦娥四号任务的“两器一星”上共配置了6台国内研制科学载荷和3台国际科学载荷。它们将开展以低频射电天文观测、巡视区形貌、矿物组份及浅层结构为主的科学探测。

　　为了激发普通民众特别是青少年的探索热情，嫦娥四号还预留3千克载荷在全国范围内征集大胆创意，现已从全国征集290多项方案，从中选择了20项优秀项目，其中有很多中学生和大学生项目，最后将评选出3个一等奖，然后从这3个项目中选出一个项目搭载在嫦娥四号上。

　　嫦娥四号有望实现三大“壮举”：首次实现人类探测器造访月球背面；首次实现人类航天器在地月拉格朗日2点对地月中继通信；为科学工作者提供月球背面空间科学研究平台，获得一批重大的原创性科学研究成果。例如，利用月球背面屏蔽地球无线电干扰的独特条件，开展空间科学领域最前沿的低频射电天文观测，填补国际空白；利用月球背面保存的最古老月壳岩石的独特条件，开展地质特征调查，有望在国际上首次建立集地形地貌、浅层结构、物质成分于一体的综合地质剖面和演化模型，获得对月球早期演化历史的新认知。

　　撰文/杭添仁

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