嫦娥四號：華麗逆襲的“備胎”

采訪專家

張厚英（中國空間學(xué)會副理事長、原中國載人航天工程應(yīng)用系統(tǒng)總指揮）

2018年12月8日凌晨02:23分，嫦娥四號月球探測器由長征三號乙改進型運載火箭成功發(fā)射。嫦娥四號將對月球背面南極艾特肯盆地開展著陸巡視探測，實現(xiàn)人類首次月球背面軟著陸和巡視勘察。

從“備份”到“備受矚目”

這幾年，有個叫做“備胎逆襲”的詞語很火，但誰能想到，如今備受矚目的嫦娥四號，最早的身份竟是“備胎”，甚至一度計劃取消發(fā)射！

2013年12月14日，嫦娥三號月球探測器在月球西北部成功軟著陸，中國成為世界上第四個掌握月球探測登陸技術(shù)的國家。但與此同時，作為嫦娥三號備份星的嫦娥四號，身份就異常尷尬了。

所謂“備份星”是指在先導(dǎo)星工作失效的情況下，接替先導(dǎo)星工作的衛(wèi)星。在嫦娥系列衛(wèi)星中，嫦娥一號、三號、五號這幾個奇數(shù)命名的探測器是先導(dǎo)星，偶數(shù)則為正星的備份星。也就是說，嫦娥四號誕生之初，是個不折不扣的“備胎”。

因此，關(guān)于“嫦娥四號做什么”的討論，相關(guān)科研人員一度產(chǎn)生了分歧，爭執(zhí)辯論了2年時間，有人甚至提出“節(jié)約資金不發(fā)射”的主張。舉棋不定之時，“嫦娥”系列月球探測器總指揮兼設(shè)計顧問葉培健院士站了出來，他不僅主張發(fā)射嫦娥四號，還主張讓嫦娥四號到月球背面去看一看。

按照最早的計劃，即便嫦娥四號進行發(fā)射，降落點也在月球正面。但葉培健院士卻認為，再落一次月球正面意義不大，他向主管領(lǐng)導(dǎo)提議，“落到月球背面，成功了是一大亮點，即便不成功，也是人類第一次，可以原諒。”功夫不負有心人，有關(guān)單位組織了多次討論之后，終于通過了月球背面降落的方案。

2018年8月15日，中國國家國防科技工業(yè)局探月與航天工程中心正式對外公布嫦娥四號月球探測器——著陸器和月球

“鵲橋”牽線，“長三”鋪路

不過，降落月球不是車場倒庫，正面背面一字之差，技術(shù)難度卻是天壤之別，最棘手的就是通信問題，也是人類從未涉足的重要原因之一。因此在飛行器登陸之前，必須先發(fā)射中繼衛(wèi)星來進行通信傳輸。

2018年5月21日5時28分，嫦娥四號的先行者“鵲橋號”中繼星在我國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征四號丙運載火箭成功發(fā)射；6月14日11時06分，“鵲橋號”中繼星成功實施軌道捕獲控制，進入環(huán)繞距月球約6.5萬公里的地月拉格朗日L2點Halo使命軌道。它將在此軌道陸續(xù)開展在軌測試和中繼通信鏈路聯(lián)試，并為嫦娥四號月球探測器提供地月中繼測控通信。

鵲橋中繼星示意圖

此次嫦娥四號的著陸器和巡視器（月球車）由長征三號乙（CZ-3B）運載火箭發(fā)射，送入傾角28.5°、近地點高度200 km、遠地點高度約42萬 km的地月轉(zhuǎn)移軌道，正式開啟揭開月球背面神秘面紗的征程。

嫦娥四號為何不在最新落成的海南文昌基地發(fā)射？原中國載人航天工程應(yīng)用系統(tǒng)總指揮,現(xiàn)任中國空間學(xué)會副理事長張厚英告訴北京科技報記者，文昌發(fā)射基地主要發(fā)射大型運載火箭，此次發(fā)射衛(wèi)星的長征三號乙運載火箭，屬于中型火箭，從節(jié)約資源、提高效率的角度看，西昌發(fā)射中心完全可以滿足發(fā)射要求，也就無需“跨洋過海”去海南發(fā)射了。

2017年7月2日第二次發(fā)射試驗的長征五號重型運載火箭發(fā)射失敗，對中國航天事業(yè)產(chǎn)生了較大影響。不過發(fā)射失敗原因已查明，我國航天人已經(jīng)對火箭進行了改進，2019年長征五號將重新飛天。圖為2016年11月3日長征五號首發(fā)成功的畫面。

載荷強大，“體重”最輕

此次，由中國航天科技集團有限公司研制的嫦娥四號著陸器和月球車，盡管外形上和嫦娥三號月球車“玉兔”頗為相似，但實際上，針對月球背面復(fù)雜的自然環(huán)境，在適應(yīng)性更改和有效載荷配置調(diào)整方面，嫦娥四號進行了多項有針對性的調(diào)整。

在溫度控制防護方面，更好迎戰(zhàn)晝夜極熱極冷的月面環(huán)境，是嫦娥四號月球車升級提高的重要方向之一。為了保證所有設(shè)備在月夜零下180℃的環(huán)境中不被凍壞，科研人員專門配置了同位素熱源為儀器設(shè)備供熱。除了溫度控制防護之外，嫦娥四號月球車還針對線路方面，進行了設(shè)計改進和試驗驗證，使著陸器具備了很高的自主導(dǎo)航和避障功能。

在科學(xué)載荷方面，嫦娥四號月球車延續(xù)了“玉兔”當年探月國產(chǎn)“三大件”，即全景相機、紅外成像光譜儀和測月雷達。除此之外，嫦娥四號月球車還有一個“殺手锏”，那就是與瑞典合作的中性原子探測儀，這將是人類探月史上首次在月表開展這項探測活動。

值得一提的是，嫦娥四號月球車的總重量只有140千克，是目前全球最輕的月球車。而1970年蘇聯(lián)發(fā)射的世界第一臺無人駕駛月球車，重量約為756千克。

作為嫦娥四號的“乘客”之一，月面微型生態(tài)圈也將入主月球，用于天體生物學(xué)實驗和大眾科普，使得嫦娥四號同時具備了科普教育功能。據(jù)了解，這個生態(tài)圈是一個由特殊鋁合金材料制成的圓柱形罐子，重3千克，罐內(nèi)將放入馬鈴薯種子、擬南芥種子、蠶卵、土壤、水、空氣以及照相機和信息傳輸系統(tǒng)等科研設(shè)備。屆時，研究人員將密切關(guān)注罐內(nèi)變化，看看能否開出一朵“月球花”。