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月球背面长什么样?这次嫦娥四号带你去看个明白
来源:扬子晚报网 2018-12-09 08:42:02

千百年来,月亮一直是人类心中的梦想之境。思乡的情怀、探索的欲望,都交织在一汪皎洁的白月光中。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,所以人类在地球上只能凭肉眼看见月球的正面,背面则看不见。因此月球背面对于人类而言,更是“秘境中的秘境”,有许多未知等待着解答。2018年12月8日,嫦娥四号探测器从西昌出发,向遥远的月球飞去,世界瞩目、人类首次月球背面软着陆探测的大幕正式拉开。 综合新华社

一飞冲天

肩负两大任务,嫦娥四号奔向月球

“……3、2、1,点火!”伴随着巨大的火箭轰鸣,肩负着亿万中华儿女的探月飞天梦想,12月8日2时23分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器,开启了月球探测的新旅程。

嫦娥四号探测器后续将经历地月转移、近月制动、环月飞行,最终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,并通过已在使命轨道运行的“鹊桥”中继星,实现月球背面与地球之间的中继通信。

嫦娥四号任务的工程目标,一是研制发射月球中继通信卫星,实现国际首次地月拉格朗日L2点的测控及中继通信;二是研制发射月球着陆器和巡视器,实现国际首次月球背面软着陆和巡视探测。

嫦娥四号的科学任务主要是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。

为增进国际交流与合作,扩大开放共享,嫦娥四号任务中,与荷兰、德国、瑞典、沙特开展了4项科学载荷方面的国际合作,搭载了3项由哈尔滨工业大学、中山大学、重庆大学等国内高校研制的科学技术试验项目。

嫦娥四号任务于2016年1月经国务院批准正式实施,包括中继星和探测器两次任务。“鹊桥”中继星于2018年5月21日在西昌卫星发射中心由长征四号丙遥二十七运载火箭成功发射,进入环地月拉格朗日L2点使命轨道,目前状态正常。

老少“双帅”

“嫦娥”航天“双帅”都是南航人

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在嫦娥四号和嫦娥系列的背后,有两位老少“双帅”,一位是年过七旬的中科院院士、嫦娥系列各型号及火星探测器总指挥、总设计师顾问叶培建,

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一位是“70后”航天总师、嫦娥三号、四号探测器和火星探测器总设计师孙泽洲(左图)。

叶培建,“嫦娥之父”,也是南航航天学院新一任院长。2004年,我国月球探测计划的第一步,绕月探测工程正式启动。没有成熟的经验可借鉴,没有充分的数据参考,没有试验星,整个工程是一项巨大的挑战。叶培建带领的团队平均年龄不到30岁,用3年时间稳打稳扎,攻克一系列难题,完成了嫦娥一号卫星的研制。

嫦娥一号发射成功后,叶培建本来可以继续干嫦娥三号任务。但他把年轻人送到舞台中央。2008年,年仅38岁的孙泽洲被选为嫦娥三号探测器系统总设计师。孙泽洲也是南航88级校友,1992年,从南航毕业的孙泽洲进入中国航天科技集团五院,20年间,先后参与多个型号卫星的研制任务;2004年任嫦娥一号卫星副总设计师;2008年任嫦娥三号探测器总设计师;现任嫦娥四号探测器总设计师、火星探测器总设计师。

小知识>>

探测器的发射为啥选在黑夜?

嫦娥四号探测器为什么选择在黑夜发射?闻新教授告诉记者,航天器的发射时间相当有讲究。地球的昼夜交替是源于地球自转与太阳直射,“黑夜”对于人类意味着伸手不见五指,但在清晨时,在地平线之外的太空里,其实依然明亮。航天器在黑夜跟随着火箭升空,一离开地球后,它就能呈现出“光环效果”,太阳直射的亮光反射到航天器上,科研工作者的光学望远镜就能够迅速检测到航天器的动态,“捕捉”航天器的踪迹会更加方便。

专家解读

这是中国航空航天历史性篇章

嫦娥四号要去探测月球的这些“小秘密”

嫦娥四号探测器的成功发射,激发了更多人对于太空的好奇心。从没人去过的月球背面到底有哪些“小秘密”?嫦娥四号的科技亮点在哪里?南京航空航天大学航天学院闻新教授等专家对此做了解读。

人类首次月球背面登陆探索

关心天文的读者对于“嫦娥”系列探测器并不陌生,包括“嫦娥三号”在内的多个探测器,均已成功登陆月球正面。但月球的背面一直是“未开垦的处女地”,闻新教授告诉扬子晚报记者,最早看到月球背面的人类是美国“阿波罗8号”的航天员,但那也只是呆在航天器里的“擦身而过”,远远地看了一眼,并没有真正踏上月球背面的“土地”。此次嫦娥四号探索月球背面,是中国航天历史性的“第一次”,也是人类的首次。

嫦娥四号与嫦娥三号一样,仍由着陆器和巡视器(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,要探索的是“地理环境”更加复杂的月球背面,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几台国外科学载荷,例如,德国月表中子与辐射剂量探测仪、瑞典中性原子探测仪。

嫦娥四号要完成哪些“小作业”?

闻新告诉记者,嫦娥四号在月球背面登陆后,要完成的“登月小作业”可不少。

首先,月球背面因为长期被太阳照射,因此太阳辐射量和月球正面显然不是一个“数量级”。如果嫦娥四号能够成功收集月球背面的太阳辐射量,以及残留在月球上的太阳粒子含量,会对人类未来建设月球基地更有帮助。

其次,嫦娥四号携带了一个“月面微型生态圈”登月,它将探索在月球背面真空、微重力、极端温差的条件下,“生态圈”里的植物种子和动物卵等,会有怎样的生长规律,为人类将来在外星球的生存积累知识。

第三,嫦娥四号还有一个重要任务便是探索“太空能源”。“月球氦3”就是其中一种。科学家发现,月球的岩石样本中,含有储量惊人的清洁能源氦3,该物质可以与氘一同参与核聚变反应堆反应,释放出大量能量。如果太空中有足够的清洁能源,人类未来的月球开发将会前进一大步。

麻子脸,皱纹,痤疮,“月之暗面”不会漂亮

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;“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。

月球背面还是个“厚脸皮”,它的月壳整体来讲比正面厚。照片显示,月球背面巨大的陨石坑都呈现出白色。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,所以背面颜色比正面要“白皙”。

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。 扬子晚报/扬眼记者 杨甜子 综合新华社

嫦娥四号VS嫦娥三号

备份变首飞,嫦娥四号有“五大不同”

此次发射的嫦娥四号原本是嫦娥三号的备份。在嫦娥三号圆满完成任务后,嫦娥四号被赋予了新的担当——实现人类首次月球背面软着陆和巡视勘察。科研人员通过精心设计与研制,使嫦娥四号“脱胎换骨”,成为与嫦娥三号不同的全新航天器。备份变首飞,嫦娥四号与嫦娥三号相比共有五大不同之处。

科学目标不同>>

嫦娥三号任务的科学目标是“测月、巡天、观地”,即开展月球形貌与地质构造调查,开展月表物质成分和可利用资源调查,进行月球内部的结构研究和日-地-月空间环境探测与月基天文观测。

而嫦娥四号任务的科学目标都是在月球背面完成的,包括实现月基低频射电天文观测,月球背面巡视区形貌、月球背面巡视区浅层结构探测等。

工程目标不同>>

嫦娥三号任务的工程目标有三个:突破月面软着陆、月面巡视勘察;研制月面软着陆探测器和巡视探测器,建立地面深空站;建立月球探测航天工程基本体系,形成重大项目实施的科学有效的工程方法。嫦娥三号任务圆满成功,为我国航天事业发展树立了新的里程碑,在人类攀登科技高峰征程中刷新了中国高度。

站在这样的起点上,嫦娥四号向着更高峰迈进,将任务的工程目标锁定在两个“首次”:人类首次实现月球背面软着陆和巡视勘察;首次实现地月L2点中继星对地对月的测控、数据传输中继。

有效载荷不同>>

嫦娥四号与嫦娥三号的身形和“骨架”相同,携带的装备却大为不同。

嫦娥三号携带的有效载荷大致可以分为三类:第一类是用来观察月球的,主要设备包括全景相机、地形地貌相机、测月雷达等;第二类是用来观测宇宙的,主要由月基光学望远镜承担;第三类是用来观察地球周围的等离子层的,各有各的用处,相互配合。

“嫦娥四号即将降落的月球背面,对于不少科学研究来说具有天然的优势。月背非常‘干净’,可屏蔽地球无线电干扰。”中国航天科技集团五院嫦娥四号探测器项目执行总监张熇说,根据着陆区域和科学目标的变化,科研人员对嫦娥四号携带的科学载荷做了很大的调整,把8台有效载荷带往月球背面冯·卡门撞击坑。

着陆环境不同>>

嫦娥三号着陆区是月球正面的虹湾。那里布满了月海玄武岩,地势较为开阔、平坦。

中国航天科技集团五院嫦娥四号探测器副总师吴学英介绍,嫦娥四号的主着陆区为月球背面靠近南极一个叫冯·卡门撞击坑的地方,这里着陆区面积比虹湾地区小了许多,因为月球背面山峰林立,大坑套小坑,很难找出再大一些、平坦一些的地方,供嫦娥四号安身。嫦娥四号着陆器在凸凹不平的地方软着陆,需要具有比嫦娥三号更准确的着陆精度。

通信方式不同>>

不论人类的探测器飞到多远,都需要深空测控通信系统作为联络的“纽带”。对于落在月球背面、没有任何通信信号的嫦娥四号来说,通信显得难上加难。它无法像嫦娥三号那样直接和地球上的“亲人们”取得联系,“飞鸽传书”的任务就落到“鹊桥”中继卫星的肩上。通过早先发射并成功架设在地月拉格朗日L2点的中继卫星,实施与地面的通信信号“接力”,嫦娥四号才得以与地球保持联络。

除了以上五大不同,研制队伍聚焦新情况,从轨道设计、动力下降策略、休眠唤醒策略等方面进行了系统设计,突破一系列关键技术,同时制定了符合任务特征的故障预案,全力铸就嫦娥四号非凡之旅。据新华社

嫦娥四号用上了南航造超声电机

比鸡蛋还小,负责“按快门”

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嫦娥四号探测器里,有南京航空航天大学科研成果的助力。记者了解到,在嫦娥四号探测器上面,有一个用于光谱仪驱动与控制的超声电机TRUM-30A,正是来自南航赵淳生院士团队。

超声电机是一种新型的微电机,在精密仪器仪表、航空航天、智能机器人等领域有着广泛的应用前景。与传统电机相比,具有响应快、精度高、噪声小、无电磁干扰等优点。此次使用在嫦娥四号上的超声电机,更是赵淳生院士团队经过上百次实验后特制的产品。不仅“体积”迷你,重量仅46克,是同等传统电机重量的1/10,直径仅约30毫米,比鸡蛋还小(见右图),而且相当“能吃苦”,对于月球背面的复杂环境都可以做到尽可能适应。

跟着嫦娥四号登月,超声电机可以发挥怎样的功用?赵淳生举了个例子:此前超声电机TRUM-30A已成功应用在嫦娥三号探测器上,负责红外成像光谱仪内定标板的驱动与控制。在嫦娥四号上,“光谱仪”依然起到了高清“单反相机”的作用,有了它,月球车可以通过高光谱分辨率获取月球物体高光谱图像,拍下画质更为清晰的“月球表面”,为精确识别月球表面的特征信息和物质分类提供服务。而超声电机在其中就起到了“按快门”的作用,是其中的一个重要“关节”。

通讯员 王伟 许玉 刘向彬

扬子晚报/扬眼记者 杨甜子

我国探月工程回顾

精彩月宫故事: 从嫦娥一号到嫦娥5T

月球探测工程,是继人造地球卫星、载人航天飞行取得成功之后我国航天事业发展的又一座里程碑,实现了中华民族的千年奔月梦想,开启了中国人走向深空探索宇宙奥秘的时代。

嫦娥一号:

树立中国航天第三个里程碑

2004年1月23日,我国月球探测工程全面启动。作为“绕、落、回”三步走的第一步,首期绕月工程就是研制和发射探月卫星嫦娥一号。

在中国科学院院士叶培建带领下,五院平均年龄只有30多岁的嫦娥研制团队仅用3年先后攻克了轨道设计、月食问题等一系列技术难题。2007年10月24日,嫦娥一号卫星成功发射;2009年3月1日,嫦娥一号卫星按预定计划受控撞月,为探月工程一期——“绕月探测”任务画上了一个圆满的句号。

嫦娥二号:

小行星探测的先行者

作为探月工程二期先导星,嫦娥二号卫星试验探月工程二期部分关键技术。研制团队历经了近三年的艰苦鏖战,攻破一个个技术难题。2010年10月1日,嫦娥二号发射成功。在半年设计寿命周期,嫦娥二号全面实现了6大工程目标和4项科学探测任务,获取了一批重要科学数据;2012年12月13日,嫦娥二号与国际编号为4179的图塔蒂斯小行星由远及近“擦肩而过”,最近交会距离不到1公里,首次实现了我国对小行星的飞跃探测,成为我国第一个行星际探测器;而后,嫦娥二号飞至1亿公里以外,对我国深空探测能力进行了验证。

嫦娥三号:

成功实现落月梦想

2008年3月,探月工程二期立项,嫦娥三号研制的大幕徐徐拉开。与嫦娥一号、二号相比,嫦娥三号探测器的技术跨度大、设计约束多,结构也更为复杂,新技术、新产品达到80%。

面对技术新、难度大、系统复杂等风险带来的巨大考验和一道道难关。2013年12月14日,嫦娥三号探测器成功落月,实现我国航天器首次地外天体软着陆,并开展巡视勘察和科学探测。嫦娥三号任务圆满成功,为我国航天事业发展树立了新的里程碑,在人类攀登科技高峰征程中刷新了中国高度。

嫦娥5T:

嫦娥五号的“探路先锋”

2014年11月1日清晨,为嫦娥五号探路的再入返回试验器“嫦娥5T”按既定方案平安着陆。作为探月工程三部曲中“回”的这部重头戏,最终携带样品返回地球的返回器对任务的成败至关重要,我国此前尚没有地球轨道以外的航天器完成过再入大气层返回、着陆与回收经历。

月球返回器再入返回与近地航天器再入返回相比要复杂得多。研制团队实现了中国航天器首次以第二宇宙速度返回地球,为确保嫦娥五号任务顺利实施和探月工程持续推进奠定了基础。

据新华社

12月8日2时23分

嫦娥四号的奔月旅程

我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器,开启了月球探测的新旅程

嫦娥四号探测器后续将经历:

①地月转移 ②近月制动 ③环月飞行

最终实现

●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

●通过已在使命轨道运行的“鹊桥”中继星,实现月球背面与地球之间的中继通信
 

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