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三大关键因素确保嫦娥四号探测器成功着陆月球背面

三大关键因素确保嫦娥四号探测器成功着陆月球背面北京时间1月3日10时26分,中国的嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区,并通过“鹊桥”中继星传回世界第一张近距离拍摄的月背影像图

北京时间1月3日10时26分,中国的嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区,并通过“鹊桥”中继星传回世界第一张近距离拍摄的月背影像图,揭开了古老月背的神秘面纱。至此,嫦娥四号任务实现了人类探测器首次月背软着陆、首次月背与地球的中继通信,开启了人类月球探测新篇章。而“鹊桥”中继星、7500牛的变推力发动机和悬停避障着陆,被视为是嫦娥四号探测器成功着陆月球背面的三大关键因素。

经过26天、约38万公里的飞行,1月3日,嫦娥四号进入距月面15公里的落月准备轨道。在北京航天飞行控制中心大厅内,随着现场工作人员一声令下,嫦娥四号探测器从距离月面15公里处开始实施动力下降,探测器的速度逐步从相对月球1.7公里每秒降为零。在6到8公里处,探测器进行快速姿态调整,不断接近月球;在离月面100米处开始悬停,对障碍物和坡度进行识别,并自主避障;选定相对平坦的区域后,开始缓速垂直下降,成功着陆在月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区。探月工程嫦娥四号任务新闻发言人于国斌表示,嫦娥四号探测器成功着陆月球背面,有三个非常关键的因素。“第一就是我们的‘鹊桥’中继星自(2018年)5月21日发射以来在轨运行良好,中继链路稳定畅通,这个非常关键,为今天在月球背面中继通信支持下,实现成功着陆,打下了非常好的基础。这可以说是中国探月人开创的一项世界级的颠覆性技术。第二个,就是我们7500牛的发动机,这是个变推力发动机,从最开始的7500牛推力减速,到后面的2500到3000牛减速,持续工作,变推力工作,为我们整个探测器的复杂度降低做出了很大贡献。第三个,就是悬停避障着陆,这个也是非常关键的一个事情,这是在100米的高度上,把速度降为零,我们的探测器悬停30秒,利用激光三维成像敏感器,对拟着陆的月面进行三维成像。我们尽量选择相对平坦、面积比较大的区域作为我们的着陆区,以保证着陆器安全着陆和巡视器安全巡视。”

据了解,落月后,通过“鹊桥”中继星的“牵线搭桥”,嫦娥四号探测器进行了太阳翼和定向天线展开等多项工作,建立了定向天线高码速率链路,实现了月背和地面的稳定通信。嫦娥四号探测器系统总设计师孙泽洲透露,目前设备工作正常,后续将开展多项任务。“这次着陆很精准,包括我们着陆的时刻、着陆的位置。着陆得很平稳,着陆的姿态也非常好。这样为后续的巡视器的释放提供了一个很好的条件。现在整个设备的工作也都正常,整个工作过程都符合我们的预期。接下来,我们初始状态的一些设置,包括着陆后一些不工作的设备要关机,再有一些着陆月面需要工作的设备,比如我们定向天线等等还要进行解锁这些设置。接下来最重要的就是巡视器的释放,要把它从着陆器顶上释放到月面,然后两器开展各自独立的探测。”

嫦娥四号探测器自主着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯•卡门撞击坑内。科学家认为,月球背面比正面更为古老,艾特肯盆地是目前发现的太阳系固体天体中最大最深的盆地,直径大约2500公里,深度约12公里。冯•卡门撞击坑的物质成分和地质年代具有代表性,对研究月球和太阳系的早期历史具有重要价值。中国探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁说:“艾特肯盆地,据科学家讲,这可能是目前发现的太阳系里面最大的一个盆地,而且也是最深的一个盆地,认为这个盆地就是当时宇宙大爆炸,或者后来是小天体撞击,形成的。认为这里面隐含着宇宙最早的一些信息。而且这个盆地里面还有很高的科学价值。比如说它(深度)有12公里,那12公里,它下去有没有水或者其他什么?科学家认为这是很有价值的,所以我们选择在这里(着陆)。”

目前,嫦娥四号着陆器已经获取了月背影像图并传回地面。这是人类探测器在月球背面拍摄的第一张图片。中国探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁此前透露,接下来还将对月球背面的形貌、矿物组份以及浅层结构开展探测与研究。“第一次到月球背面现场去,实现了安全降落和正确的巡视。我们月球探索的‘全月球到达能力’大大提升,基本上我们可以到月球任何一个地点去,不是光是到背面或者是正面,南极、北极我们都可以去,这就是‘全域到达能力’。第二,我们可以到实地、现场,真正了解月球背面着落点的地形地貌到底什么样子、着陆地区那一带的地质构造。我们还会得到第一张月球地下的剖面图,深达300多米。我们还会了解它的矿物、物质成分、矿物组成。”

嫦娥四号任务还为中外科学家提供了太空探索的机会——嫦娥四号探测器由着陆器和巡视器组成,共配置包括两台国际合作载荷在内的8台有效载荷,其中着陆器上安装了地形地貌相机、降落相机、低频射电频谱仪、与德国合作的月表中子及辐射剂量探测仪等4台载荷;巡视器上安装了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪和与瑞典合作的中性原子探测仪。这些仪器将在月球背面通过就位和巡视探测,开展低频射电天文观测与研究,巡视区形貌、矿物组份及月表浅层结构研究,并试验性开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境研究。此外,着陆器还搭载了月表生物科普试验载荷。

后续,嫦娥四号探测器将通过“鹊桥”中继星的中继通信链路,在地面控制下,开展设备工作模式调整等工作,择机实施着陆器与巡视器分离。

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