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嫦娥四號:讓月球背面露真顏

2018-03-13 11:35:23|來源:科技日報|編輯:于蘇燕 |責編:韓東林

  全國政協委員、中國航太科技集團五院(以下簡稱五院)黨委書記趙小津日前透露,我國計劃今年實施嫦娥四號探月任務,探測器將實現人類首次在月球背面軟著陸,開展原位和巡視探測。

  “我們將在嫦娥四號任務的中繼星上搭載兩顆小衛星,做射電干涉試驗,探測宇宙‘黑暗時代’。”全國政協委員、中國科學院國家空間科學中心研究員吳季3月2日說。

  這是中國探月工程又一次踏上征程,將書寫人類探索月球的新篇章。國際權威學術期刊《自然》預測2018年全球科技大事件,嫦娥四號任務“榜上有名”。

  中繼衛星關係任務成敗,45萬公里通信距離帶來難題

  嫦娥四號任務將分兩次發射。趙小津說,我國計劃在上半年先往地月拉格朗日2點發射一顆中繼衛星。中繼衛星是實施嫦娥四號任務的前提,關係到整個任務的成敗。

  由於被地球潮汐鎖定,月球只能永遠以同一面朝向地球。人類在地球上不僅從未見過月球背面,通信信號也會被阻隔。地月拉格朗日2點位於地球與月球的延長線上,距地面約45萬公里。趙小津說,在這個位置佈置一顆中繼衛星,既能“看到”月球背面,也能“看到”地球,可以將嫦娥四號著陸器和巡視器獲取的科學數據傳回地球,並通過中繼衛星提供嫦娥四號軟著陸及月面工作期間的測控支援。

  此前,我國為了滿足載人航太等任務的測控需求,發射了天鏈一號系列中繼衛星,部署在距地面約3.6萬公里的地球同步軌道。嫦娥四號中繼衛星的用途和技術途徑與之相似,軌道距離卻遠了十多倍,技術難題隨之而來。此前有航太專家指出,相比地面口徑可達數十米的天線,無論是中繼衛星還是嫦娥四號探測器,天線的口徑都不可能太大,因而只能用窄波束天線實現較大容量的數據傳輸,這對天線的指向精度要求極高。

  趙小津說,這顆中繼衛星的研製是在嫦娥四號任務方案確定之後提出的,研製週期只有2年多時間,而且面臨全新的軌道和任務要求。與其他中繼衛星4年以上的研製週期相比,時間非常緊張。經過努力,五院科研團隊攻克了地月拉格朗日2點軌道設計與控制、遠距離中繼通信等關鍵技術,如期完成了研製任務,產品各項指標完全符合任務需求。

  嫦娥四號晚上也能工作,“玉兔”悲劇不會再發生

  中繼衛星完成在軌測試後,我國計劃在下半年發射嫦娥四號,讓它降落在月球南極附近的艾特肯盆地。

  嫦娥四號本是嫦娥三號的備份。不過趙小津表示,嫦娥四號的著陸方式、工作狀態跟嫦娥三號有很大區別,性能上也有很大提升。

  2013年12月,嫦娥三號成功降落在月球正面雨海北部區域。趙小津說,月球正面有較為寬闊的平原,雖然也有許多隕石坑,但即使是坑底也相對平整。月球背面的地形則更為複雜,隕石坑更多,地勢更陡峭。因此嫦娥四號不能像嫦娥三號那樣以弧形軌跡緩慢著陸,為了不撞到峭壁,它必須採取近乎垂直的降落方式。

  月球上的“一天”大約相當於地球上的28天,晝、夜各佔一半,溫差可達300攝氏度以上。為了熬過寒冷漫長的月夜,嫦娥三號採取了休眠策略,借助放射性同位素熱源加兩相流體回路技術維持體溫,滿足基本的能源需求,等到太陽出來再自主喚醒。嫦娥四號的能源方式更進一步,憑藉同位素溫差發電與熱電綜合利用技術,不僅能安然度過月夜,還能開展一些測量工作。

  2014年1月,嫦娥三號帶上月球的“玉兔”月球車出現異常,故障始終未能排除,讓千萬網友痛心不已。有了前車之鑒,科研團隊對嫦娥四號巡視器進行了改進,增加了可靠性。“我相信這次肯定不會出現同樣的問題。”趙小津說。

  相比嫦娥三號任務,嫦娥四號將更深層次、更全面地科學探測月球地質、資源等資訊,完善月球的檔案資料。航太專家龐之浩認為,對月球背面進行區域性詳查和精查十分重要。深入了解月球背面,對研究月球的起源和演變、調查月球地質和資源情況等有重要作用;同時那堣ㄗ來自地球的無線電波干擾,是建造科研基地的理想聖地。

  尤其是月球兩極,探測意義更為重大。記者了解到,月球兩極有兩種特殊區域:一是永久光照區,可以獲得持續穩定的太陽能;二是永久陰影區,可能存在大量水冰。龐之浩認為,如果能確定月球兩極是否有水和其他資源,不僅能作為月球基地選址的重要參考,也有助於把月球作為跳板進行載人火星探測。因為水能用於航太員的生活,還能分解成氫和氧作為飛船燃料。他表示,開展月球背面和兩極的探測,有望獲得一批重大原創性科研成果。

  “希望2025年開始月球基地建設,2030年實現載人登月”

  月球,是人類邁向深空的第一站;嫦娥奔月的故事,也寄託著千百年來國人的夢想。上世紀90年代,我國科學家開始努力將夢想變為現實。

  2007年,我國發射嫦娥一號衛星,拉開了中國人探索月球的序幕。嫦娥一號在距月面200公里的軌道繞行了近500天,獲得了世界首幅三維立體全月圖。

  2010年發射的嫦娥二號,在嫦娥一號基礎上更進一步。它的工作軌道距月面僅100公里,獲得了解析度更高的三維影像、月球物質成分分佈圖等資料。既定任務完成後,嫦娥二號開展了拓展試驗,先探測了距地球150萬公里的日地拉格朗日2點,又飛到700萬公里之外,與圖塔蒂斯小行星擦身而過,拍下了寶貴的照片。此後它不斷飛向深空,驗證我國的測控通信能力。如今嫦娥二號正圍繞太陽做橢圓軌道運作,預計會在2020年前後回到地球附近。

  在我國探月工程三步走計劃中,“繞、落”任務已經完成,下一步將發射嫦娥五號探測器,從月球採集2公斤月壤帶回地球。按照原本的計劃,嫦娥五號應該在2017年底由長征五號火箭發射,由於此前長征五號遙二火箭發射失敗,嫦娥五號任務也相應推遲。

  趙小津說,目前嫦娥五號處於存儲狀態,發射時間還不能確定,要先等長征五號遙三、遙四火箭發射成功,確保火箭可靠性達到要求。如果一切順利,嫦娥五號任務有望2019年實施。

  如果嫦娥五號任務取得成功,我國將用它的備份——嫦娥六號開展新的探索。有專家認為,如果嫦娥四號在月球背面發現了有價值的線索,可以讓嫦娥六號去月球背面採樣返回。

  趙小津介紹,目前科學家已經開始了探月四期工程的規劃,希望國家能儘快立項。在四期工程中,希望能開展月球基地的建設,先由智慧機器人操作,不斷組裝擴大,為載人登月奠定基礎。未來,月球基地可以開展科學試驗,也可以作為深空探測的轉机站。“我們希望在2025年左右能開始月球基地的建設,2030年左右實現載人登月。這樣的規劃也是對探月三期工程的延續。”他說。(付毅飛)

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