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今晨,嫦娥四號成功實施環月降軌控制,即將著陸!

在元旦過後,嫦娥四號探測器就將正式登陸月球背面。根據中國探月工程 12 月 30 日消息,2018 年 12 月 30 日 8 時 55 分,嫦娥四號探測器在環月軌道成功實施變軌控制,順利進入準備月背著陸預定軌道,擇機將會開始著陸。

圖丨嫦娥四號著陸器。嫦娥四號探測器系統共由3部分組成,分別是中繼星、著陸器和巡視器(來源:中國探月工程)

在此之前,4 時 55 分,嫦娥四號任務科技人員在北京航天飛行控制中心向嫦娥四號探測器注入調姿和變軌參數。8 時 54 分,嫦娥四號探測器發動機成功點火,開始實施變軌製動。8 時 56 分,地面測控站實時遙測數據監視判斷,嫦娥四號探測器已由距月面平均高度約 100 公里的環月軌道,成功實施降軌控制,進入近月點高度約 15 公里、遠月點高度約 100 公里的環月軌道。

12 月 8 日凌晨 2 時 23 分,中國長征三號乙運載火箭在西昌衛星發射中心點火升空,成功將嫦娥四號探測器送上太空。12 月 12 日嫦娥四號成功實施近月製動進入環月軌道,之後,嫦娥四號成功完成環月軌道修正、“鵲橋”中繼星鏈路測試、雷射測距、三維成像、微波測距測速等在軌測試,為探測器進入預定著陸區、擇機實施月球背面軟著陸做好準備。

圖丨“嫦娥四號”升空(來源:中國探月工程)

按照計劃,“嫦娥四號”將在起飛 26 天之後也就是元旦過後幾日內軟著陸至月球背面南極-標記肯盆地。之所以會選擇這裡,是因為在月球克裡普岩地體、斜長高地岩地體、標記肯盆地地體這三大地體中,前兩個美國、蘇聯都著陸巡視探測過,只有標記肯盆地地體還是“處女地”。

此外,在整個太陽系固體天體中,標記肯盆地是最大最深的盆地。這個盆地直徑大概 2500 公里,深度約 12 公里。一個深度約 12 公里的地質剖面,是非常好的研究對象。嫦娥四號在標記肯盆地開展探測,就可以獲取月球深部物質的資訊。以嫦娥四號將要去勘探的馮·卡門隕石坑為例,這個直徑達 180 公里的隕石坑被認為是月球最古老的撞擊特徵。

總之,此次勘探會為我們了解月球、地球、太陽系的演化提供第一手數據和線索,也會豐富之後計劃發射的“嫦娥五號”數據樣本庫。同時,嫦娥四號也會試驗性地開展月球背面中子異塵餘生劑量、中性原子等月球環境探測研究。

對於月球這顆地球唯一的衛星,人類已經探索 60 余年,甚至在 1969 年至 1972 年期間,著名的“阿波羅工程”還先後將 12 位宇航員送上月球表面。但地球和月球之間因為潮汐鎖定,導致僅有 10% 至 20% 的月球背面的邊緣地帶可以從地球上看到,而月球的背面的大部分始終處於未知的狀態。

圖丨土星五號托舉著“阿波羅11號”升空(來源:NASA)

從上世紀 50 年代開始,人類向月球發射了 100 多次探測器,1959 年蘇聯月球 3 號拍下了人類首張月球背面照片,1962 年 4 月 26 日,美國“徘徊者 4 號”成為首個在月球背面硬著陸的探測器,但並未傳回任何數據。

2010年 12 月 21 日,NASA 的“月球勘測軌道器”還拍攝了一組細節精細程度前所未有的月球背面照片,據此繪製的月背地形圖直觀地揭示了月球背面的地形。但由於探測器在月球背面無法直接實現與地球的測控通信和數據傳輸,所以迄今為止還沒有宇航員或月球車登上月球的背面。對於月球背面的情況,我們只能通過蘇聯和美國探測器傳回的照片進行推斷,而嫦娥四號的出現將填補這個空白。

不過,最困難的就是第一個吃螃蟹的人,正因此前從沒有人做到過,所以這往往意味著嫦娥四號的這趟旅程不會一切順利,在它著陸、月表巡視的過程中依舊有大量潛在的風險。

圖丨月球 3 號傳回的首張月球照片(來源:Wikipedia)

根據照片資料顯示,無論從物質成分、形貌構造,還是岩石年齡上對比,月球正面和背面都有很大的差異。從形貌構造上看,月球背面隕石撞擊坑的密度明顯大於正面,這是因為月球背面面向深空,遭遇了大量天體的撞擊,這也意味著月背的表面會更加崎嶇。與此同時,月球背面也完全暴露在太陽風和各種宇宙射線之下,這也是對著陸月球背面的探測器的巨大考驗。

除了這些困難之外,最為大眾所熟知的著陸難點就在於信號傳輸。精準著陸需要快速高效的深空測控通信系統,但由於月球正面的遮擋,月球背面沒有通信信號,無法與地球實時通信。

為了解決這個問題,今年 5 月 21 日專門服務於嫦娥四號探測器地月聯絡的中繼衛星“鵲橋”率先出發,6 月 14 日,“鵲橋”成功實施軌道捕獲控制,進入環繞距月球約 6.5 萬公里的地月拉格朗日 L2 點的 Halo 使命軌道,成為世界首顆運行在地月 L2 點 Halo 軌道的衛星。在即將到來的嫦娥四號月背軟著陸以及月球車月表活動的過程中,“鵲橋”將承擔兩大任務:一是遙測與遙控航天器,二是負責地球和嫦娥四號之間的信號傳輸。

圖丨中繼衛星“鵲橋”(來源:中國探月工程)

中國對於月球探測的論證始於 1999 年。2004 年 1 月,國務院批準繞月探測工程立項,命名為嫦娥工程。根據方案規劃,嫦娥工程將分階段實施“繞”、“落”、“回”的探月三期工程,最終在 2020 年左右實現全部探月工程。從 2007 年起,已經先後有嫦娥一號、二號、三號、四號 等探測器升空。

2013 年 12 月 14 日中國的第一艘月球車——“玉兔號”成功軟著陸於月球雨海西北部(“虹灣著陸區”),巡視器成功駛離著陸器並互拍成像,實現中國航天器首次地外天體軟著陸與巡視勘察。預計在 2019 年或 2020 年,執行“返回”任務的嫦娥五號將會發射升空,圓滿完結中國探月工程。

圖丨嫦娥四號巡視器(來源:中國探月工程)

目前,世界各國對月球的興趣都在大大上升,美國、俄羅斯等世界主要航天強國都規劃了重返月球的計劃,甚至連商業航天公司也參與了進來。例如,以色列的私營公司 SpaceIL 的 Beresheet 探測器就定於 2019 年 2 月 13 日搭乘 SpaceX 的獵鷹 9 號火箭升空前往月球並進行月面軟著陸,如果一切順利的話,SpaceIL 將會開創商業公司探測月球的先河。

圖丨SpaceIL 的 Beresheet 探測器(來源:IAI)

與此同時,美國的太空創業公司們也在 NASA“重返月球”的規劃中扮演了重要的角色。北京時間 11 月 30 日凌晨,NASA 就公布了其商業月球載荷服務(Commercial Lunar Payload Services,CLPS)項目的 9 家商業航天合作企業。這些公司將在未來 10 年的周期內向 NASA 交付可以被送往月球的科學實驗載荷或航天器。

而 NASA 局長 Jim Bridenstine 說,“預計 CLPS 計劃的第一個任務 2019 年就將發布。通過將商業公司的創新與 NASA 的遠大目標將結合,我們將在探測月球乃至火星上取得非凡的成就。”

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