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月球背面拓荒者——嫦娥四號著陸月球背面一周年
發布時間: 2020-01-03 字體:

  一年前的今天,嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地的馮·卡門撞擊坑;1月4日,“玉兔二號”月球車與著陸器成功分離,分別開展科學探測;1月11日,兩器完成互拍成像,地面接收圖像清晰完好,中外科學載荷工作正常,探測數據有效下傳,搭載科學試驗項目順利開展,達到工程既定目標,標志著嫦娥四號任務取得圓滿成功。2019年11月,“玉兔二號”月球車實現“雙三百”突破,成為世界上在月面工作時間最長的人類探測器。

  今天,嫦娥四號已在月面工作滿一周年,經歷十三次月晝月夜考驗,“玉兔二號”月球車在地質條件復雜的月球背面累計行駛357.695米。一年以來,對外發布各級科學數據超過210GB,中外科學家團隊正在持續進行深入研究,并已取得一系列重要科學發現。

  嫦娥四號著陸器開展定點探測“靜若處子”,“玉兔二號”月球車開展巡視探測“動若脫兔”,一靜一動,在遙遠的月球背面形成一道美麗的風景線。下面對嫦娥四號一年來經歷的主要飛控事件和部分典型科學探測過程進行簡要回顧。




“睡覺”和“醒來”——月夜休眠和月晝喚醒


  當月夜將要來臨的時候,“玉兔二號”按照預定策略行駛至休眠點,將車頭轉向南,固定側太陽翼朝東。隨著太陽高度角下降,氣溫逐漸降低,地面控制“玉兔二號”接通供熱裝置,引入“暖氣”。月夜來臨時,“玉兔二號”開始休眠設置,收攏桅桿和活動側太陽翼,“玉兔二號”進入“夢鄉”。度過14天后,新的月晝開始,陽光逐漸照射到“玉兔二號”上,朝東的固定側太陽翼達到預設發電功率后,自主喚醒啟動,電源接通、中心計算機開機、活動側太陽翼和桅桿依次展開,同時“玉兔二號”與“鵲橋”中繼星自主建立通信。地面駕駛員進行狀態設置,“玉兔二號”進入月晝工作狀態。



“玉兔回旋舞”——原地轉向探測

  這是“玉兔二號”在原地“畫一個圈”,對月面選定地點進行360°轉向探測。行駛至預定探測區域后,依次分8個偏航角轉動一圈,在各航向角下紅外光譜儀、中性原子探測儀開機探測,避障相機成像,探測完畢后將探測數據傳回地球。

 

“玉兔回眸”——車轍探測

  車轍探測是對行駛路線上車轍壓翻出來的月壤進行紅外探測。地面駕駛員事先計算好轉向角度,確保紅外視場覆蓋“玉兔二號”行駛的車轍。隨后根據地面發送的指令,轉向約180°,利用紅外光譜儀“回頭看”,對車轍進行探測,探測完成后繼續進行后續工作。



專注的“兔子”——定點探測


  定點探測是“玉兔二號”在“立定”狀態下,研究太陽高度角變化對月面某點的反射光譜影響。當“玉兔二號”行駛至預定地點后轉向至選定航向,隨后每隔兩小時進行一次紅外探測,適時進行紅外定標和中性原子探測,在月夜來臨前結束定點探測工作尋找休眠點。




“午休避暑”——進出月午


  月晝的“中午”來臨時,月表氣溫達到最高,“玉兔二號”轉至車頭向西,地面設置“玉兔二號”進入最小工作模式,進入月午“避暑”。隨著太陽高度角下降,氣溫逐漸降低,降到適宜工作的溫度后,地面設置“玉兔二號”退出最小工作模式,開始月晝“下午”的工作。

技術創新支撐嫦娥四號“奔月之旅”


  嫦娥四號所取得的主要技術創新包括:

  一是國際首次完成月球背面崎嶇環境條件下的高精度軟著陸探測。月球背面地形復雜崎嶇,可選著陸區面積僅有嫦娥三號的5%左右。為此,科研團隊發明了基于近月制動和環月修正雙層迭代的軌道聯合控制方法,具備了多發射窗口下“定時定點”著陸在同一狹小區域的能力;同時,為解決航跡起伏高達7公里的安全著陸難題,設計了一種接近垂直降落的動力下降控制法,最終實現了著陸點自主選擇和精確避障。

  二是國際首次實現地月之間連續可靠的中繼通信。研制了首個用于深空的輕小型、長壽命中繼星和耐低溫的輕質、高增益、大口徑中繼天線,實現零下235度極低溫環境下的安全運行和精確指向控制;摸索出了使命軌道構型和軌道捕獲方法,解決了中繼星對月球背面探測器全時段穩定中繼通信難題。

科學成果揭開月球背面神秘面紗


  嫦娥四號四大科學目標是:月基低頻射電天文觀測與研究,月球背面巡視區形貌和礦物組份探測與研究,月球背面巡視區淺層結構探測與研究,以及月面中子輻射劑量、中性原子等月球環境探測研究。

  這一年,嫦娥四號成果豐碩,意義重大。根據各科學載荷所取得的數據,科研團隊重構了嫦娥四號月面下降軌跡,對著陸點進行了精確定位;獲取了著陸區形貌、構造、成分等地質信息,以實驗證據證明月球背面南極-艾特肯盆地(SPA)存在以橄欖石和低鈣輝石為主的深部物質,對揭示南極-艾特肯盆地地質演化乃至月殼早期演化歷史、月球深部物質結構及形成機理等科學問題具有重要價值;實現了巡視區月壤分層結構的高精度成像,揭示了月壤分層結構的形成機理;獲取了大量中性原子、月表中子與輻射劑量及低頻射電頻譜等探測數據,并取得了初步分析結果?;谏鲜隹茖W研究成果,嫦娥四號任務核心科學家團隊已在《Nature》《Science》等國內外期刊陸續發表20余篇高水平論文,產生重大學術影響。

  這一年,也是中國探月與深空探測事業全面發展的一年。從年初嫦娥四號實現國際首次月球背面軟著陸,到年末我國最先進、運載能力最大的長征五號運載火箭成功復飛,以及一年以來嫦娥四號取得舉世矚目的科研成果,探月工程四期、行星探測、重型運載火箭立項取得重大進展。中國航天人敢于仰望星空,傾心擘畫著中國航天事業發展的宏偉藍圖;中國航天人也善于俯首躬行,默默耕耘著建設航天強國的廣袤沃土。

  這一年,證明嫦娥四號任務是中國始終堅持和平探索和利用太空、造福全人類的一次成功實踐。后續,中國國家航天局將在平等互利、和平利用、包容發展的基礎上,繼續與世界人民一道,攜手探尋宇宙奧秘,為人類文明和社會發展謀福祉。

  “告別過去的成就,迎接新年的曙光,我們要做的還有很多。”國家航天局張克儉局長說。今年我國將迎來首次火星探測任務和嫦娥五號月球采樣返回任務,使命光榮,責任重大。我們要萬眾一心加油干,在新年的曙光下描繪春天,篤定前行。正如習近平總書記在新年賀詞中所說:“讓我們只爭朝夕,不負韶華,共同迎接2020年的到來。”

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