打卡月背人类首次!嫦娥四号完美着陆月球背面

这是人类第一次揭开古老月背的神秘面纱。经过20多天环月飞行,2019年1月3日10时26分,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,实现人类探测器首次月背软着陆。

■降落

自主选定相对平坦区域

经过约38万公里、26天的漫长飞行,1月3日,嫦娥四号进入距月面15公里的落月准备轨道。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；在距月面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。最终,在反推发动机和着陆缓冲机构的“保驾护航”下,一吨多重的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。

嫦娥四号着陆区地形起伏达6000米,是太阳系中已知最大的撞击坑之一,被认为对研究月球和太阳系早期历史具有重要价值。后续,嫦娥四号探测器将通过“鹊桥”中继星的中继通信,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。

■探索

6种生物带上了月球

由于潮汐锁定,月球绕地球公转与自转的周期相同,从地球上看到的月亮“景色”总是相同的。直到大约60年前,苏联的月球3号探测器才传回了第一张月球背面影像,原来月球背面和正面如此不同。为什么会这样?现在依然是个谜,只有着陆探测才有可能揭开这个谜。

瑞典航天局太阳系统科学部部长科勒说,首次月球背面软着陆是中国的巨大成就,“我们非常高兴能成为这次任务的一部分”。

嫦娥四号任务包含了4台国际载荷,为全球更多科学家提供了太空探索的机会,集中人类智慧破解宇宙谜题。嫦娥四号任务携带了中国和荷兰科学家研制的低频射电探测器。“到月球背面开展低频射电天文观测是天文学家梦寐以求的,可以填补射电天文领域上在低频观测段的空白。”中科院月球与深空探测总体部主任邹永廖说。

嫦娥四号还将棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇6种生物带上了没有生命的月球,它们形成一个微型生物圈。人们期待月亮上能绽放出第一朵花。月球的夜晚究竟有多冷,中国科学家还没有确切数据。嫦娥四号的任务还包括给月球测量“体温”。

五院嫦娥四号巡视器总体主任设计师申振荣说,去月球背面探测是中国为世界作出的贡献。“虽然我们现在还不知道最终能探测到什么,但是这一探测有可能会影响好几代人。”　　　　　　据新华社

嫦娥落月背到底有多难?　从离月15公里到离月2米,每一步都惊心动魄

嫦娥四号3日降落在月球南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑。整个降落过程可谓惊心动魄,探月专家详细介绍了这一过程。

中国探月工程总设计师吴伟仁老家在四川。他比喻说:嫦娥四号探测器从距离月面15公里处开始实施动力下降。嫦娥三号好比降落在华北大平原,而嫦娥四号好比降落到中国西南的崇山峻岭中。

他说,嫦娥四号着陆区相当于嫦娥三号着陆区的八分之一,且落区周围有海拔10公里高的山,艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的海拔为负6公里,因而与嫦娥三号平滑的抛物线降落轨迹不同,嫦娥四号是接近垂直降落。

“着陆时间短、难度大、风险高,对我们是一个很大的考验。”吴伟仁说。他说,在落月过程中,嫦娥四号绝大部分继承了嫦娥三号月面软着陆技术,整个过程690秒,全部依靠探测器自主完成,地面可通过中继星看到降落过程,但不实施干预。

航天科技集团五院嫦娥四号探测器总设计师孙泽洲说:“我们对于月面地形的信息主要来自以前环月遥感数据,包含嫦娥一号、嫦娥二号以及一些国外卫星的遥感数据。但这些数据都不能给我们提供足够精度的地形信息,我们不可能知道哪个地方有大石头,更多的是整体的宏观信息和统计概率,最后着陆还是要靠探测器自主识别障碍与避障。”

五院嫦娥四号探测器项目总监张熇说,嫦娥四号在系统设计上考虑了如何提高着陆的精度,在环月阶段增加了轨道修正,在动力下降控制策略上进行了调整。探测器要在距离月面比较高时候就达到着陆区的上方,然后垂直下降,这样航迹上复杂崎岖的地形就不会对着陆带来影响。

五院嫦娥四号着陆器总体主任设计师李飞介绍,落月阶段首先通过变推力发动机让探测器减速,将探测器相对月球的速度从1.7公里每秒降到接近为零,就像汽车刹车,然后调整探测器的姿态,垂直下降。

五院嫦娥四号探测器副总设计师吴学英说,探测器距离月面两公里左右时,先实施一次粗避障,通过光学成像,利用太阳光造成地形的投影,来识别障碍,这时它可以识别大的陨石坑和大石块。

之后,嫦娥四号在距离月面100米处悬停,利用激光扫描来实现精避障,这时它能识别更小的障碍,同时也能识别地面的坡度,通过计算,寻找到一个较为安全的地点作为着陆点。

然后探测器再次下降,最后距离月面2米时发动机停止工作,探测器以自由落体的方式降落,着陆器上的四条腿把着陆的冲击能量缓冲掉,让着陆器稳稳地落在月面。　　　　　　　　　　　据新华社

嫦娥四号探测器月球背面软着陆后降落相机拍摄的图像。　新华社发

嫦娥四号着陆器监视相机C拍摄的着陆点南侧月球背面图像。 新华社发

嫦娥将揭开月背什么秘密?　想了解地球久远往事,月球或许能给答案

科学家认为,月球背面更为古老,对研究月球和太阳系的早期历史具有重要价值。地球上经历了多次沧海桑田,早已将自己的过往隐藏,对月球的探测或许能让人类更好地认识自己的家园。“月球童年的经历,地球上也发生过。但由于地质活动,地球早年的痕迹已被抹去。要想了解地球久远的往事,月球或许能给我们答案。”中科院地质与地球物理研究所研究员林杨挺说。

从上世纪50年代,人类发射到月球的探测器有100多次。但是月球背面着陆探测一次都没有。“艾特肯盆地目前属于处女地,是整个太阳系中最大最深的盆地,直径约2500公里,深十多公里,在科学上会有很多新发现。”中科院月球与深空探测总体部主任邹永廖说。

“月球背面的岩石更加古老。如果我们能获取更古老的岩石类型等物质成分信息,对我们了解月球的化学成分演化过程会有很大的帮助。”邹永廖说。他说,在太阳系46亿年历史中,在39亿年前出现了小天体撞击高峰。为什么这个高峰出现在39亿年前而不是更早?目前科学家初步分析,艾特肯盆地可能就是39亿年前小天体撞击形成的。到那里开展精细探测,也许可以揭开这个科学之谜。

他说,月球车行走时,可以获取集地形地貌、物质成分、浅层结构于一体的综合地质剖面,这个剖面一旦建立起来,在国际上是首创,而且对揭示着陆区域地质演化历史、演化细节有重大贡献。

此外,嫦娥四号上中国、瑞典、德国合作的载荷还将对月面中子与辐射剂量、中性原子等月表环境进行探测,研究宇宙辐射、太阳风与月面物质相互作用的情况。

科学家说,人类以及探测器在月球上会受到宇宙射线、太阳风等的损伤。月表环境探测将为人类重返月球以及月球探测器设计等提供重要帮助。

而月球背面是一片难得的宁静之地,因为月球自身屏蔽了来自地球的各种无线电干扰信号。“到月球背面开展低频射电天文观测是天文学家梦寐以求的,可以填补射电天文领域上在低频观测段的空白。”邹永廖说。

这样的天文观测是研究太阳、行星及太阳系外天体的重要手段,也将为研究恒星起源和星云演化提供重要资料。嫦娥四号着陆器、中继星以及与中继星一同发射的一颗环月小卫星上分别安装了中国和荷兰科学家研制的低频射电探测器。

国家天文台研究员平劲松说,荷方的探测仪可探测地球两极的射电爆发,中方的仪器可以探测宇宙更远的目标。科学家或将窥见大爆炸后宇宙如何摆脱黑暗,点亮第一代恒星从而迎来“黎明时代”的信息。

据新华社

■背后　去太阳系最大陨石坑　目的地是如何选出的

专家确定去月球背面后,具体着陆区域的选择还受到很多条件的限制。中国航天科技集团五院嫦娥四号探测器总设计师孙泽洲说,嫦娥三号的着陆区在北纬45度左右的虹湾地区,探测器是按照这一纬度的光照条件设计的热控系统和太阳翼。而大部分继承了嫦娥三号设计的嫦娥四号首选着陆区纬度也在40至50度之间。

在这个大致范围内,科学家们看中了艾特肯盆地,这个太阳系最大、最深、最古老的撞击坑,这里蕴含着月球最早的信息,有很高的科学研究价值。而在艾特肯盆地这个直径大约2500公里,深13公里的巨大撞击坑内,还有一个直径为180公里的冯·卡门撞击坑,其底部地势相对平坦,能较好地保证着陆安全。恰好与冯·卡门撞击坑经度上相差约13度的地方,还有一个克雷蒂安撞击坑,非常适合作为备选着陆区。假如嫦娥四号第一天在主选着陆区没有成功着陆,第二天还可以着陆在备选着陆区。除了科学上的意义,对冯·卡门撞击坑的探测还有另一层意义,它是以20世纪匈牙利裔美国航天工程学家冯·卡门(1881年——1963年)命名的,他被誉为“航空航天时代的科学奇才”。中国航天事业的奠基人钱学森、郭永怀都是他的亲传弟子。　　　　据新华社

■反应　美俄航天专家点赞　中国太空开发能力

美国航天局局长吉姆·布里登斯廷说:“祝贺中国嫦娥四号团队实现在月球背面的成功着陆,这是人类的第一次,也是令人印象深刻的成就。”

俄罗斯齐奥尔科夫斯基航天研究院院士亚历山大·热列兹尼亚科夫说,嫦娥四号成功落月是中国取得的一项重大航天探索成就,确保探测器在月球背面着陆的技术非常复杂,此前任何国家都未能使其探测器在月球背面软着陆,“中国这一成功产生了巨大的心理轰动效应”。

热列兹尼亚科夫表示,嫦娥四号此次探月的另外两个重要步骤是让月球车驶上月面,以及确保嫦娥四号、月球车与中继卫星和地面实现通信联络。顺利完成这两大步骤将再次验证中国航天探索技术的成熟性及其解决重大太空开发问题的能力。

俄罗斯科学院航天研究所主任研究员纳坦·艾斯蒙德告诉记者,嫦娥四号将考察月球背面的地质状况,国际研究人员希望通过中方这一考察,探究能否在月球背面的土壤中找到水冰或液态水。由于月球没有大气,月面在数十亿年间积累了多种易挥发物质,而地球上没有这类物质,为了更好地研究月球和太阳系历史,国际研究人员希望嫦娥四号用特殊采样手段获取这类物质,“倘若如愿,这也将是中方的一项巨大成功”。　　　　　　　　　据新华社