最初的梦想 首探“月之暗面”全球瞩目

月球隐藏的秘密有待人类继续探索，图为我国嫦娥三号探测器携带的着陆器拍摄的月球表面高清照片预着陆区初步选定为月球背面南极-艾特肯盆地的冯·卡门陨石坑着陆器与巡视器分离，并拍摄第一张月球背面照片，探测器携带的多台仪器开始工作鹊桥中继卫星

备受关注的嫦娥四号月球探测器，于北京时间2018年12月8日凌晨2时23分发成功射升空，前往人类从未踏足的月球背面，执行历史上首次月背着陆探测。

由于迄今为止还没有宇航员或月球车登上月球的背面，人们对它的详细情况除了借助照片判断其他知之不多。国外航天人未能实现的月球中继卫星与月球背面软着陆，即将在这一代中国航天人手中变为现实。嫦娥四号探测器，将为人类逐步揭开月球背面的神秘面纱迈出关键一步，我们拭目以待。

月球仅以一面示人

自从数万年前先人第一次仰望夜空起，人类对月球的好奇与求索从未停止。随着时间的流逝，人们渐渐发现，月亮表面的“图案”似乎是固定的，只是伴随着月盈月亏而若隐若现。随着天文学的发展，人类逐渐意识到，月亮和地球一样，都是球状的天体，月亮是地球的一颗天然卫星，在围绕地球公转的同时，自身也在自转。

而月球终年只以一面示人的原因在于，月球的自转周期与公转周期是基本一致的，这并不是个神奇的巧合，而是自然法则作用下长期磨合的结果：在地球的引力场中，月球朝向地球的一面，总会比背离地球的一面受到更多的引力，这种不平衡的引力对月球构造产生“撕扯”，会减慢月球的转动，并最终使月球的自转与公转速度相同。这就是我们长期以来只能看到月球一个面的原因，在天文学中被称为月球的“同步自转”。

不过，古人观月，并非完全看不到月球背面。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。

对月背探索不停歇

随着宇航技术的发展，人类终于有机会发射探测器，观测月球背面的情况。

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，更加清晰地呈现出月球背面的初步特征。

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，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，由宇航员威廉·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。

揭开月背神秘面纱

2010年12月21日，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，这些照片呈现的细节精细程度创下了历史纪录。根据这些最新照片数据，美国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。

在月球背面迎接嫦娥四号的将是怎样的环境？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得多，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地暴露在太空里，遭遇了大量天体的直接撞击。

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。

北京宇航系统工程研究所型号设计师钱航说，月球背面更为古老，保留着更为原始的状态，具有不同于月球正面的地质构造，对研究月球和地球的早期历史具有重要价值。而地球经历了多次的沧海桑田，早期地质历史的痕迹早已消失殆尽，我们只能寄望于从月球上仍保存完好的地质记录中挖掘地球的早期历史。

■深度

嫦娥四号将要在月球上做什么？

着陆器携带4台有效载荷和1台科普载荷，主要有：地形地貌相机，用于获取着陆区高分辨率彩色图像；降落相机，用于着陆过程中获取着陆区地形地貌特征和图像；低频射电频谱仪，用于进行太阳爆发产生的低频电场探测和着陆区上空的月球电离层探测；德国基尔大学研制的月球中子及辐射剂量探测仪，用于测量能量中性粒子辐射和着陆器附近月壤中的相关物质含量；科普载荷用于进行生物科普试验。

巡视器（月球车）上共携带4台有效载荷。主要有：全景相机，用于进行近距离景物 勘查，地形地貌分析，地质构造特征分析；红外成像光谱仪，用于进行巡视区月表矿物化学成分探测和分布研究；测月雷达，用于进行巡视路线上月壤厚度、结构探测和进行巡视路线上月壳浅层结构探测；瑞典空间物理所研制的中性原子探测仪，用于进行实地观测月表溅射能量中性原子通量和研究靠近月表的散射能量中性原子分布函数。

■焦点

多器联动 搭好星际沟通桥梁

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。

2018年5月，八院抓总研制的长征四号丙运载火箭成功将“鹊桥”中继星送入地月转移轨道，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。

据介绍，与嫦娥三号巡视器相比，嫦娥四号巡视器测控数传分系统不仅要承担与着陆器的数据通信的功能，还要与中继星进行遥测和数据传输。

着陆地点 太阳系最大陨石坑

嫦娥四号的任务一，是对月球背面，尤其是太阳系内已知最大的陨石坑进行探测。它将在月球背面南极-艾特肯盆地的冯·卡门陨石坑软着陆。艾特肯盆地是太阳系内已知最大的陨石坑，直径达2480公里（月球直径为3400公里），深达12.8公里。与嫦娥三号相比，首次造访月球背面的嫦娥四号需应对月球背面崎岖的地形，实现难度更大的精确控制。这一任务将由嫦娥四号搭载的月球车去实现。

目前了解的情况是，月球两面有显著不同：正面有许多巨大的月海（即月面上的低洼平原），约占总面积的31.2%；另一面则有密集的陨石坑，只有约2.5%的面积被月海覆盖。

在月球背面环境未知的陨石坑里软着陆，对中国的航天人提出了巨大挑战。艾特肯盆地的地形就比较崎岖，陨石坑大且分布密集，这就对探测器着陆区的选择和着陆精度提出了更高要求。

休眠唤醒 做可靠能量供给站

一个月夜相当于地球上14天。同时，月夜最低温度可达到零下180℃。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国内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%提升到30.84%。”811所探月工程太阳电池电路负责人陈城介绍道。据悉，新的电池在光电转换效率、输出电压、输出电流、抗辐照能力、旁路二极管压降及重量等技术指标上均优于原电池。

拉格朗日点与“鹊桥”中继星

在地月系这样的两天体系统中，如果引入一个质量和体积与天体相比能够忽略不计的航天器，我们总能找到5个可以使航天器受力平衡的点，这就是5个拉格朗日点。

如果将一颗卫星打到月球远端的L2点附近，我们可以通过轨道控制，以很小的代价（每年10m/s的轨道维持速度增量）令卫星围绕L2点旋转。

嫦娥四号任务是世界首次月球背面软着陆和巡视勘察任务。由于受到月球自身的遮挡，着陆在月球背面的探测器无法直接实现与地球的测控通信和数据传输。“鹊桥”中继星将成为架设在嫦娥四号着陆器和巡视器与地球间的“通信站”，搭建地月信息联通的“天桥”。

本版文字综合新华社、中新、《人民日报》、《科技日报》报道

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