為什麽要去月球背面？

嫦娥四號降落前，通過觀察計算才確定最終著陸地點。

嫦娥三號在距離月面三公里時完成主減速，而嫦娥四號距離月面八公里時就完成主減速、到達著陸區域上方。

張熇落淚，葉院士走到張熇背後。

1月13日，嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面，實現人類探測器在月球背面的首次軟著陸。

在這一全球矚目的歷史突破背後，中國科學家經歷了怎樣的千錘百煉？3月23日，中國空間技術研究院嫦娥四號探測器項目執行總監、副總設計師張熇作為演講嘉賓出席“我是科學家”年度盛典，揭秘了嫦娥四號攬月背後的故事。

多年前，還在上初中的張熇，因一本《航天》雜誌，燃起對航空航天的興趣與熱愛。2001年，她開始從事中國探月工程探測器的設計研製工作。此後至今，她親身經歷探月工程繞落回發展戰略的論證，並參與了嫦娥一號、嫦娥三號、嫦娥四號探測器的研製。

嫦娥四號論證過程“漫長而艱苦”

2013年，嫦娥三號任務圓滿成功後，嫦娥四號的論證工作開始。但是，嫦娥四號的目標著落點設在何處？讓它像嫦娥三號一樣繼續落在月球正面，還是落在其他地方，比如月球背面？科學家有不同看法。

對於全人類而言，月球背面都是一片神秘的處女地。有科學家提出，既然沒有任何國家去過，有兩種可能：去月球背面沒有什麽意義，或者技術難度太大。

“經過充分的論證和優化，我們認為可以實現著陸在月球背面的目標。但許多科學家還是有質疑。”張熇回憶，嫦娥四號經過了很多輪漫長而艱苦的評審，每輪評審後都會面臨新的疑問，研製團隊就要做相應的分析，提出解決方案。

評審和論證工作，一直持續到2015年。張熇說，在一次“決定嫦娥四號目的地最終命運”的關鍵評審會上，還是有科學家存在不同意見。但中國科學院院士、航天科技集團五院深空探測和空間科學首席科學家、“嫦娥一號”工程總設計師葉培健據理力爭，憑借多年的工程經驗和戰略思考，爭取到了大家的共識。

“空間探索的目標就要探索未知，‘沒有人去過’本身就已經是很大的意義。在月球背面，我們也可能有更多首創的科學發現。”張熇說。

2019年1月3日上午，嫦娥四號在月球背面的馮·卡門撞擊坑成功著陸。探測器落月瞬間，48歲的張熇掩面而泣。74歲的葉培健走到張熇背後，緊緊握住了她的右手。

著陸前飛越了複雜崎嶇的地形障礙

2013年，嫦娥三號成功著陸在月球虹灣地區。張熇給現場觀眾展示了一張三維成像圖，著陸區域是大片的藍色，意味著這裡的地形相對平坦。但月球背面的高地、撞擊坑很多，沒有這樣面積較大又平坦的區域。

複雜崎嶇的地形，給嫦娥四號帶來了相當大的挑戰。“嫦娥三號可以在很大範圍內著陸，對控制精度的要求相對較低。背面只能在很小的區域著陸，對精度提出了更高的要求。”張熇說，後來選擇的主著陸區域，大概範圍只有50×30公里。

除了著陸區域小，嫦娥四號還面臨航跡地形起伏劇烈的問題。原來，從距離月面15公里的空中到著陸，嫦娥四號並非垂直降落，而是飛過了大概450公里的距離。飛行中，它先後經過了高地中的凹坑、凹坑中的高地，最後才進入到馮·卡門坑。

“航跡起伏的曲線最多可以達到四五公里”，張熇介紹，地形起伏給測距測速帶來很大的影響，會導致導航誤差。為了實現安全著陸，嫦娥四號在嫦娥三號的基礎上進行了許多創新，歸結起來主要有四個方面，即精細化軌道設計與控制、精細化發動機標定、優化動力下降策略和接力避障。

要在地面上模擬月球的環境並攻克上述難關，需要大量細致的工作。張熇舉例說，幫助嫦娥四號減速的發動機必須有7500牛的推力，哪怕推力的偏差只有1%，著陸點也會偏差到幾公里。

到了距離月面100米時，科學家還為嫦娥四號設計了一個幾十秒的懸停，用雷射三維成像敏感器去拍攝著陸區域。“可以明顯看出下方有兩個大坑，右邊還有坑。”張合說，憑借這張照片和精密的計算，嫦娥四號得以識別出安全地點並成功降落。

“把航天器當作自己的孩子，更心存敬畏”

據了解，嫦娥四號上搭載了地形地貌相機、降落相機、低頻射電頻譜儀、月球中子及異塵餘生劑量探測儀、全景相機、紅外成像光譜儀、測月雷達、中性原子探測儀等科學載荷。

距離嫦娥四號成功著陸已經過去了兩個多月，它的工作情況怎麽樣？很多人對此都非常關心。張熇說，目前所有科學載荷都在正常工作。但她也提醒：“科學數據的分析積累有一個過程，大家可能不能太著急。”

她介紹，嫦娥四號還做了一件比較有意思的事情，測量月壤溫度。“以前我們都是看國外的資料，這一次自己實測了一下。”由於釋放巡視器所用的梯子底端正好會接觸到月壤，科學家就把測溫敏感器放在了梯子上。現在的發現是，月球背面的月壤在夜間的溫度達到-190℃。

為了實現月夜測量，科學家研發了一種新的“同位素溫差電池”，讓同位素元素衰變產生熱，再利用半導體材料把熱轉換成電。張熇說，儘管目前可以提供的電能還比較少，但相關的技術突破後，會給未來的深空探測奠定比較好的應用基礎。

回想起自己落淚的畫面被媒體拍下並走紅網絡，張熇也很感慨。“很多時候，大家看到的是航天任務成功、我們激動歡喜的場面。但是對於我們來說，很多遇到挫折的情況最難忘。”她說。

有一次，研製團隊進行全系統試車，也就是整套系統的驗證。著陸器固定在實驗台上，研製團隊在兩三百米外的測試間。沒想到，發動機點火幾十秒就著火，冒出滾滾濃煙。實驗被緊急叫停。

張熇說，仔細排查發現，著火其實是非常小的疏忽造成的，但就是這樣一個疏忽，導致推進系統的產品全部報廢。“我們說把航天器當做自己的孩子，其實不只當做孩子。對航天器，我們心裡也更有一絲敬畏。”

張熇的一位資深同事曾對她說，航天器是有感情的，“你認真對待它，它就好好工作；你糊弄它，它到時候就糊弄你”。張熇深以為然。她相信，只要用心地對待工作，就一定能實現人類歷史上的更多突破。

“深空探測充滿未知，也充滿挑戰。”演講最後，張熇大聲說，“我喜歡！”

采寫：南都記者 馮恆星戰役 圖片來自網絡