原標題:嫦娥四號:讓月球背面露真顏
全國政協委員、中國航天科技集團五院(以下簡稱五院)黨委書記趙小津日前透露,我國計劃今年實(shi)施嫦(chang)娥(e)四號探(tan)月任務,探(tan)測器(qi)將實(shi)現人(ren)類(lei)首次在月球背(bei)面軟著陸,開展原(yuan)位(wei)和(he)巡視探(tan)測。
“我們將在嫦娥四號任務的(de)中繼星上搭載兩顆小衛星,做射電干涉試(shi)驗,探測宇宙‘黑暗(an)時代(dai)’。”全國(guo)政協委員、中國(guo)科(ke)學院國(guo)家空間科(ke)學中心研究(jiu)員吳季(ji)3月(yue)2日說。
這(zhe)是中國探(tan)(tan)月工程(cheng)又(you)一次踏上征(zheng)程(cheng),將書寫人類探(tan)(tan)索月球的新篇章。國際(ji)權威學(xue)術期刊《自(zi)然》預測2018年全球科技大事(shi)件,嫦娥四(si)號任務“榜上有名”。
中繼衛星關系任務成敗,45萬公里通信距離帶來難題
嫦娥四(si)號(hao)任(ren)務將分兩次(ci)發(fa)射。趙小津說,我(wo)國計(ji)劃在(zai)上半年(nian)先往地月拉(la)格朗日2點發(fa)射一顆中繼衛星(xing)。中繼衛星(xing)是實施嫦娥四(si)號(hao)任(ren)務的(de)前提,關(guan)系到整個任(ren)務的(de)成敗。
由(you)于被(bei)地(di)球(qiu)(qiu)(qiu)潮汐(xi)鎖(suo)定,月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)只能永遠以(yi)同(tong)一面(mian)朝向地(di)球(qiu)(qiu)(qiu)。人類在地(di)球(qiu)(qiu)(qiu)上不僅從未見過(guo)月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)背(bei)面(mian),通信(xin)信(xin)號也會被(bei)阻隔。地(di)月(yue)拉格朗日2點位(wei)于地(di)球(qiu)(qiu)(qiu)與月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)的(de)延長線上,距地(di)面(mian)約45萬公里。趙小(xiao)津說,在這個位(wei)置布置一顆中繼衛星,既能“看到”月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)背(bei)面(mian),也能“看到”地(di)球(qiu)(qiu)(qiu),可以(yi)將嫦娥四(si)號著(zhu)陸器和巡(xun)視器獲取的(de)科學數據傳回(hui)地(di)球(qiu)(qiu)(qiu),并通過(guo)中繼衛星提供嫦娥四(si)號軟著(zhu)陸及月(yue)面(mian)工作期間的(de)測控支持。
此前,我國(guo)為了滿(man)足載人航(hang)天(tian)等任(ren)務的(de)測控(kong)需求,發射了天(tian)鏈一(yi)號(hao)系列(lie)中(zhong)繼(ji)衛(wei)星(xing)(xing),部(bu)署(shu)在距地(di)面約3.6萬公里的(de)地(di)球(qiu)同步軌(gui)道。嫦(chang)娥四號(hao)中(zhong)繼(ji)衛(wei)星(xing)(xing)的(de)用途(tu)和(he)技術(shu)途(tu)徑(jing)(jing)與之(zhi)相(xiang)似,軌(gui)道距離卻(que)遠(yuan)了十多(duo)倍(bei),技術(shu)難題隨(sui)之(zhi)而(er)來。此前有航(hang)天(tian)專家(jia)指出(chu),相(xiang)比地(di)面口(kou)徑(jing)(jing)可達數(shu)十米的(de)天(tian)線,無(wu)論(lun)是(shi)中(zhong)繼(ji)衛(wei)星(xing)(xing)還是(shi)嫦(chang)娥四號(hao)探測器,天(tian)線的(de)口(kou)徑(jing)(jing)都不(bu)可能(neng)太大(da)(da),因而(er)只能(neng)用窄波束天(tian)線實現較(jiao)大(da)(da)容量的(de)數(shu)據傳輸,這對天(tian)線的(de)指向精(jing)度要(yao)求極高。
趙小津說(shuo),這顆中(zhong)繼(ji)衛星(xing)的研制是在(zai)嫦娥四號任(ren)務方案確定之后提出(chu)的,研制周期只有2年(nian)多(duo)時(shi)間,而且面臨全(quan)新的軌道和任(ren)務要求。與其他中(zhong)繼(ji)衛星(xing)4年(nian)以上的研制周期相比,時(shi)間非(fei)常緊張。經過努力,五院科研團隊攻克了地月拉格朗日2點軌道設(she)計(ji)與控制、遠距離(li)中(zhong)繼(ji)通(tong)信等(deng)關鍵技術,如期完成了研制任(ren)務,產品各(ge)項指標完全(quan)符合(he)任(ren)務需(xu)求。
嫦娥四號晚上也能工作,“玉兔”悲劇不會再發生
中繼衛星完(wan)成在軌測試(shi)后,我國計劃在下半年(nian)發射嫦娥四號,讓它(ta)降落(luo)在月球南極附近的艾特肯盆地。
嫦(chang)娥(e)四號本是嫦(chang)娥(e)三(san)號的(de)備(bei)份。不過趙小津表示,嫦(chang)娥(e)四號的(de)著陸(lu)方式、工(gong)作(zuo)狀態跟嫦(chang)娥(e)三(san)號有(you)很大(da)區(qu)別,性能上也有(you)很大(da)提升。
2013年12月,嫦(chang)娥三號成功降落在月球(qiu)正面(mian)(mian)雨(yu)海北部區域。趙小津說,月球(qiu)正面(mian)(mian)有(you)較(jiao)為寬闊的平(ping)原,雖然也(ye)有(you)許多隕石坑(keng),但即使是(shi)坑(keng)底(di)也(ye)相(xiang)對平(ping)整(zheng)。月球(qiu)背(bei)面(mian)(mian)的地形則更(geng)為復雜(za),隕石坑(keng)更(geng)多,地勢更(geng)陡(dou)峭。因(yin)此嫦(chang)娥四(si)號不(bu)能像嫦(chang)娥三號那樣以弧形軌(gui)跡緩(huan)慢著陸,為了不(bu)撞到峭壁,它必(bi)須采取(qu)近乎垂直的降落方式。
月球(qiu)上(shang)的(de)(de)“一(yi)(yi)天”大(da)約(yue)相(xiang)當于地球(qiu)上(shang)的(de)(de)28天,晝(zhou)、夜各占一(yi)(yi)半,溫差可達300攝(she)氏度以上(shang)。為了(le)熬過(guo)寒(han)冷(leng)漫長的(de)(de)月夜,嫦(chang)娥三號采取了(le)休(xiu)眠策略(lve),借(jie)助放射(she)性(xing)同位素熱源加兩相(xiang)流體(ti)回路技(ji)術維持體(ti)溫,滿足基本(ben)的(de)(de)能(neng)源需(xu)求,等到太(tai)陽出來再自主喚醒。嫦(chang)娥四號的(de)(de)能(neng)源方式更進一(yi)(yi)步,憑借(jie)同位素溫差發(fa)電(dian)與熱電(dian)綜合利用技(ji)術,不僅能(neng)安然度過(guo)月夜,還能(neng)開展一(yi)(yi)些測量工作。
2014年1月(yue)(yue),嫦娥三號帶上月(yue)(yue)球的“玉兔”月(yue)(yue)球車(che)出現異常,故障始終未(wei)能排除,讓千萬網友痛(tong)心不已。有了(le)前車(che)之(zhi)鑒,科研團(tuan)隊對(dui)嫦娥四號巡視器進(jin)行(xing)了(le)改進(jin),增加了(le)可靠性。“我(wo)相信這次(ci)肯定不會出現同樣(yang)的問題。”趙小津說。
相比嫦(chang)娥(e)三(san)號任務(wu),嫦(chang)娥(e)四號將更(geng)深層次(ci)、更(geng)全面(mian)(mian)(mian)地(di)(di)科學探(tan)測月球(qiu)(qiu)(qiu)地(di)(di)質、資(zi)源等信息,完善月球(qiu)(qiu)(qiu)的檔案資(zi)料。航天專家龐之浩認為,對(dui)月球(qiu)(qiu)(qiu)背面(mian)(mian)(mian)進行(xing)區域(yu)性(xing)詳(xiang)查(cha)和精查(cha)十分重要。深入了解月球(qiu)(qiu)(qiu)背面(mian)(mian)(mian),對(dui)研(yan)(yan)究月球(qiu)(qiu)(qiu)的起(qi)源和演變、調查(cha)月球(qiu)(qiu)(qiu)地(di)(di)質和資(zi)源情況等有(you)重要作(zuo)用;同(tong)時(shi)那里不受來自地(di)(di)球(qiu)(qiu)(qiu)的無線電波干(gan)擾,是建造科研(yan)(yan)基地(di)(di)的理想圣地(di)(di)。
尤其是(shi)月(yue)球(qiu)兩極(ji)(ji),探(tan)測意(yi)義更為(wei)重(zhong)大。記者了(le)解(jie)到(dao),月(yue)球(qiu)兩極(ji)(ji)有兩種特殊區域(yu):一是(shi)永久光照區,可以獲得持(chi)續穩(wen)定的(de)(de)太陽能(neng);二是(shi)永久陰影區,可能(neng)存在(zai)大量水(shui)冰。龐之(zhi)浩(hao)認為(wei),如(ru)果能(neng)確(que)定月(yue)球(qiu)兩極(ji)(ji)是(shi)否有水(shui)和(he)其他資源,不(bu)僅(jin)能(neng)作(zuo)(zuo)為(wei)月(yue)球(qiu)基地(di)選址的(de)(de)重(zhong)要參考,也有助于把月(yue)球(qiu)作(zuo)(zuo)為(wei)跳板進行載人火星(xing)探(tan)測。因為(wei)水(shui)能(neng)用于航天員的(de)(de)生活,還能(neng)分解(jie)成(cheng)氫和(he)氧作(zuo)(zuo)為(wei)飛船燃料。他表示,開展(zhan)月(yue)球(qiu)背面和(he)兩極(ji)(ji)的(de)(de)探(tan)測,有望(wang)獲得一批(pi)重(zhong)大原(yuan)創性科研成(cheng)果。
“希望2025年開始月球基地建設,2030年實現載人登月”
月球,是人類(lei)邁向(xiang)深空的(de)第一站;嫦娥奔月的(de)故事,也寄托著(zhu)千百年來國人的(de)夢(meng)想(xiang)。上世紀(ji)90年代,我國科學家開始努力(li)將(jiang)夢(meng)想(xiang)變為(wei)現實(shi)。
2007年,我(wo)國(guo)發射(she)嫦(chang)娥(e)一號衛(wei)星,拉開了(le)中國(guo)人探索月球(qiu)的序幕(mu)。嫦(chang)娥(e)一號在距月面(mian)200公里的軌道繞行了(le)近500天,獲得了(le)世界首幅三維(wei)立體全月圖。
2010年發射的(de)嫦(chang)娥二(er)(er)號,在嫦(chang)娥一(yi)號基礎上更(geng)進一(yi)步(bu)。它(ta)的(de)工作(zuo)軌(gui)道距(ju)月面僅100公里,獲得了分辨率(lv)更(geng)高的(de)三(san)維影像、月球物質(zhi)成分分布圖等資料。既定(ding)任務完成后(hou),嫦(chang)娥二(er)(er)號開展(zhan)了拓展(zhan)試驗(yan),先(xian)探測了距(ju)地(di)球150萬公里的(de)日地(di)拉(la)格朗日2點,又飛(fei)到700萬公里之外,與圖塔蒂斯小行(xing)星擦身而過(guo),拍下了寶貴(gui)的(de)照片。此后(hou)它(ta)不(bu)斷飛(fei)向(xiang)深空,驗(yan)證我國(guo)的(de)測控通信能(neng)力。如今(jin)嫦(chang)娥二(er)(er)號正圍繞太陽做(zuo)橢(tuo)圓軌(gui)道運行(xing),預計會(hui)在2020年前后(hou)回到地(di)球附近。
在(zai)我國探月(yue)工程三步(bu)走計劃中(zhong),“繞、落”任(ren)務已經完成,下(xia)一步(bu)將發射嫦娥(e)五(wu)(wu)號(hao)探測器,從月(yue)球(qiu)(qiu)采(cai)集2公斤月(yue)壤帶回(hui)地球(qiu)(qiu)。按照(zhao)原本的計劃,嫦娥(e)五(wu)(wu)號(hao)應該在(zai)2017年(nian)底由長(chang)征五(wu)(wu)號(hao)火箭(jian)發射,由于(yu)此前長(chang)征五(wu)(wu)號(hao)遙二(er)火箭(jian)發射失敗,嫦娥(e)五(wu)(wu)號(hao)任(ren)務也(ye)相應推遲。
趙小津說,目前嫦娥五(wu)(wu)號處(chu)于存儲狀態,發射時(shi)間還不能確(que)定(ding),要先等長征(zheng)五(wu)(wu)號遙三、遙四火(huo)箭發射成功,確(que)保火(huo)箭可靠(kao)性達到要求。如果一(yi)切順利,嫦娥五(wu)(wu)號任務有(you)望2019年實施。
如(ru)(ru)果(guo)嫦娥五號任務取得成功,我國將用它的(de)備份(fen)——嫦娥六號開展(zhan)新的(de)探索。有專家認為,如(ru)(ru)果(guo)嫦娥四號在月(yue)(yue)球(qiu)背(bei)面(mian)發現了有價值的(de)線索,可以讓嫦娥六號去月(yue)(yue)球(qiu)背(bei)面(mian)采樣(yang)返回。
趙小津(jin)介紹,目前科(ke)學家(jia)已經開始(shi)了探(tan)月(yue)(yue)(yue)四(si)期(qi)工程的規劃(hua),希(xi)(xi)(xi)望國家(jia)能盡快立項。在四(si)期(qi)工程中,希(xi)(xi)(xi)望能開展(zhan)(zhan)月(yue)(yue)(yue)球(qiu)基(ji)地(di)的建設,先由智(zhi)能機器人操作,不斷組裝擴大,為載(zai)人登月(yue)(yue)(yue)奠定基(ji)礎。未來(lai),月(yue)(yue)(yue)球(qiu)基(ji)地(di)可以開展(zhan)(zhan)科(ke)學試驗,也(ye)可以作為深空探(tan)測的中轉站。“我們希(xi)(xi)(xi)望在2025年左(zuo)右(you)能開始(shi)月(yue)(yue)(yue)球(qiu)基(ji)地(di)的建設,2030年左(zuo)右(you)實現載(zai)人登月(yue)(yue)(yue)。這樣的規劃(hua)也(ye)是對探(tan)月(yue)(yue)(yue)三期(qi)工程的延續。”他(ta)說。(記者 付毅飛)
 
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