苏联美国没做到的中国来实现：嫦娥四号开启造访月球背面之旅

8日凌晨2时23分，嫦娥四号探测器顺利升空，开启人类史上首次造访月球背面的探索之旅。

嫦娥四号实施月球背面软着陆巡视探测，这一创新实践意义重大，被誉为2018年国际上最具影响力的深空探测科学研究工程。

将实现三个国际首次、一个国内首次:

国际首次月球背面软着陆和巡视探测

国际首次月球拉格朗日L2点中继与探测

国际首次月基低频射电天文观测

国内首次实测月夜期间浅层月壤温度

将开展月基低频射电天文观测研究，预期还可以获得一批原创性的科学成果，将为月球资源的开发利用提供极有价值的第一手资料。

嫦娥四号探测器，正为人类逐步揭开月球背面的神秘面纱迈出关键一步。

12月8日凌晨2时23分，西昌卫星发射中心。

“……3、2、1，点火！”伴随着巨大的火箭轰鸣，搭乘长征三号乙运载火箭的嫦娥四号探测器顺利升空，开启人类史上首次造访月球背面的探索之旅。

嫦娥四号探测器后续会经历地月转移、近月制动、环月飞行，最终实现首次月球背面软着陆和巡视探测。这一创新实践意义重大，被誉为2018年国际上最具影响力的深空探测科学研究工程。

作为嫦娥三号备用星，嫦娥四号有哪些不同？为何选在那片区域“安家”？探访月背有何意义？月球背面到底有什么？

从这些问题的答案中，我们可以看到：探访月背，嫦娥四号“重任在肩”。

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嫦娥四号有哪些不同？

各位还记得“玉兔号”月球车吗？

2013年12月2日升空后，由着陆器和巡视器（又称“玉兔号”月球车）组成的嫦娥三号月球探测器于当月14日在月球表面成功着陆，是中国航天器首次地外天体软着陆。15日完成着陆器巡视器分离，并陆续开展了“测月、巡天、观地”的科学探测和其它预定任务，取得一定成果。

作为嫦娥三号的备份或者复制品，嫦娥四号性能上是不是和“前辈”相同？这是不少人心中的疑问。

航天科技集团五院（以下简称“五院”）科研人员介绍，嫦娥三号圆满完成任务后，嫦娥四号被赋予实现人类首次月球背面软着陆和巡视探测的使命。经过精心设计与研制，嫦娥四号已“脱胎换骨”，成为与嫦娥三号不同的全新航天器。

不同在哪里呢？科研人员说可从五方面看。

第一，科学目标不同。

嫦娥三号任务的科学目标是“测月、巡天、观地”，即开展月球形貌与地质构造调查，开展月表物质成分和可利用资源调查，进行月球内部的结构研究和日-地-月空间环境探测与月基天文观测。

而嫦娥四号任务的科学目标都是在月球背面完成的，包括实现月基低频射电天文观测，月球背面巡视区形貌、矿物组份探测和月球背面巡视区浅层结构探测。

“因为没有别的探测器到过月球背面，所以不论是探地形还是探月壤成分，应该都是人类第一次获得一手数据。”嫦娥四号探测器项目执行总监张熇说。

第二，工程目标不同。

通过实施重大航天实践推动工程的进步，是中国航天跨越发展的重要途径和经验，月球探测工程更是如此。

嫦娥三号任务的工程目标有三个：突破月面软着陆、月面巡视勘察；研制月面软着陆探测器和巡视探测器，建立地面深空站；建立月球探测航天工程基本体系，形成重大项目实施的科学有效的工程方法。

嫦娥四号将任务的工程目标锁定在两个“首次”：国际首次实现月球背面软着陆和巡视探测；首次实现地月L2点中继星对地对月的测控、数传中继。

第三，有效载荷不同。

嫦娥四号与嫦娥三号的身形和“骨架”相同，携带的装备却大为不同。

嫦娥三号携带的有效载荷大致可分为三类：第一类是用来观察月球的。主要设备包括全景相机、地形地貌相机、测月雷达等；第二类是用来观测宇宙的。主要由月基光学望远镜承担；第三类是用来观察地球周围的等离子层的，各有各的用处，相互配合。

嫦娥四号即将降落的月球背面，天然适合不少科学研究。“月背非常‘干净’，可屏蔽地球无线电干扰。”张熇说。

因此，根据着陆区域和科学目标的变化，五院科研人员对嫦娥四号携带的科学载荷做了很大调整，把8台有效载荷带往月球背面冯·卡门撞击坑。着陆器携带地形地貌相机、降落相机、低频射电频谱仪等四台有效载荷和一台生物科普载荷，巡视器上共携带全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达等4台有效载荷。值得一提的是，嫦娥四号探测器还携带了2个有“国际范儿”的有效载荷，分别由德国和瑞典研制。

第四，着陆环境不同。

嫦娥三号着陆区是月球正面的虹湾。那里布满了月海玄武岩，地势较为开阔、平坦，位于大型撞击坑、月海、高地（山脉）交汇地区，有利于科学勘察目标的选择，当然也有利于与地球的通信联系。

据嫦娥四号探测器副总设计师吴学英介绍，嫦娥四号的主着陆区为月球背面靠近南极一个叫冯·卡门撞击坑的地方，这里着陆区面积比虹湾地区小了许多，因为月球背面山峰林立，大坑套小坑，很难找出再大一些、平坦一些的地方。因此，嫦娥四号着陆器在凹凸不平“巴掌大”的地方软着陆，需要具有比嫦娥三号更准确的着陆精度。

第五，通信方式不同。

不论人类的探测器飞到多远，都需要深空测控通信系统作为联络的“纽带”。由于深空任务周期长、通信时延大、链路带宽有限、信号微弱等原因，深空测控通信实现起来更为困难，无论对星上设备还是对地面设备等都带来新的挑战。

对于落在被月球遮挡、没有任何通信信号的嫦娥四号来说，通信显得难上加难。它无法向嫦娥三号那样直接和地球上的亲人们取得联系，“飞鸽传书”的任务就落到“鹊桥”中继卫星的肩上。通过早先发射并成功架设在地月拉格朗日L2点的中继卫星，实施与地面的通信信号“接力”，嫦娥四号才得以与地球保持联络。

除了以上五大不同，五院研制队伍聚焦新任务、新环境、新状态、新风险，从轨道设计、动力下降策略、休眠唤醒策略等方面进行了系统设计，突破一系列必须解决的关键技术，同时制定了符合任务特征的故障预案，全力铸就嫦娥四号非凡之旅。

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为何选在那片区域“安家”？

对于嫦娥四号来说，初来乍到，平稳着陆很重要。因此，找到合适的月背着陆区域“安家”，成为嫦娥四号初到月背的头等大事。

据了解，嫦娥四号会在月球背面艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内软着陆，并开展着陆巡视探测。

那么，月球背面很大，嫦娥四号为何偏偏选在那里“安家”呢？

据五院专家介绍，为了完成着陆器月球软着陆探测任务，选择的软着陆区域既应能满足科学探测的需要，又具有实现的可行性。

为满足月球地质研究的需要，嫦娥四号“安家”地点需选择在地质现象丰富或成熟月壤区和矿产资源丰富的地区，如月海和高地的接触带、大型山脉、典型撞击坑构造区域等。航天专家经过深入选址，认为南极艾特肯盆地符合以上条件，将有利于获取更多的月球背面的地质信息。

中国人讲究“天时地利人和”。选好了日子占据“天时”，全国人民都支持可谓“人和”，同时，“地利”也很重要。

为保证着陆器在月面上着陆后不翻跟头，月面软着陆场必须选择在相对平坦的区域。除了平坦之外，还需要良好“采光”：南极艾特肯盆地的纬度和嫦娥三号在月球正面落月的纬度基本相同，也就是说能确保探测器获得足够的能源，又能避免月昼带来的高温影响。

因此，经过反复研究分析论证后，航天专家最终选择了靠近月球南极艾特肯盆地这个相对理想的着陆点，作为嫦娥四号在月球背面的“新家园”。

按计划，嫦娥四号将“张开”双臂“拥抱”月球背面的陌生土地。伴随着月球车轻快的脚步，通过“鹊桥”将一个个新发现传回地面。

每一个发现，都将是人类的第一次。

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探访月背有何意义？

嫦娥四号为什么要到月球背面软着陆巡视探测？有什么重要意义和技术创新？

五院专家说，对此可从四方面理解。

一是，推动航天强国建设的重大举措。

纵览中国航天发展史，在党中央的正确领导下，在全国人民的大力支持下，历经60余载，中国航天人不懈奋斗，努力追赶世界航天强国，实现了从跟跑到并跑的过程，使我国在世界航天领域占有一席之地。

嫦娥四号实施月球背面软着陆巡视探测，不是简单落在月背的一小步，而是中国航天努力迈向领跑的一大步，对于促进深空探测后续任务的实施具有重大意义。

二是，深入推动月基科学研究。

月球背面没有来自地球的无线电波的干扰，是进行射电天文观测的最佳场所。如果能利用这一自然地形架设无线电望远镜，就好像把“天文台”搬到了月球背面。

嫦娥四号着陆器在月球背面软着陆后，将开展月基低频射电天文观测研究，预期还可以获得一批原创性的科学成果。

三是，深入推动月球资源的开发利用研究。

月球蕴藏着丰富的矿产和能源资源，开发和利用月球资源是人类进行月球探测的源动力之一。月球背面含量丰富的矿产资源，也让美国等航天国家近年来都相继制定了月球背面资源调查研究计划。

嫦娥四号通过对着陆区地形地貌、矿物组份、巡视区浅层结构、地幔物质等进行科学探测与研究，将为月球资源的开发利用提供极有价值的第一手资料。

四是，实现航天和相关学科技术领域的重大突破。

要完成这个“前无古人”的月球背面之旅，嫦娥四号面临几大技术难点：地月拉格朗日L2平动点轨道精确设计与控制，地月拉格朗日L2点远距离数据中继，复杂地形环境下的安全着陆等。

突破这些技术难点，将实现三个国际首次、一个国内首次。即：

国际首次月球背面软着陆和巡视探测，

国际首次月球拉格朗日L2点中继与探测，

国际首次月基低频射电天文观测，

国内首次实测月夜期间浅层月壤温度。

这一重大科学创新工程的实施，无疑将推动航天技术和其它科学领域相关技术的持续发展。

针对嫦娥四号的任务需求，来自五院的研制队伍围绕精确变轨、畅通中继、安全着陆、可靠分离、稳健巡视、有效探测、长期生存等七大任务关键点，在系统、分系统、单机各层面，进行了大量的设计仿真分析、专项试验和系统测试、产品鉴定，对设计更改进行了全面验证，用科学手段确保嫦娥四号设计更加合理可行，“身体”更加强健硬朗。

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月球背面到底有什么？

千百年来，月亮一直是人类心中的神秘之所。思乡的情怀、探索宇宙的欲望，都交织在“举头望明月”的目光中。然而，目光所到之处，仅仅是月亮的正面。

由于月球自转周期和公转周期相等，加上被地球潮汐锁定，地球强大的引力让月球总是一面朝向地球，所以我们在地球上只能看见月球的正面，而背面永远也看不见。

因此，对于人类来说，月球背面如同“秘境中的秘境”，静待世人探索。

1959年，前苏联“月球三号”探测器传回月球背面的第一张照片，月球背面的“真容”首次被揭开。

1968年，“阿波罗八号”在进行载人登月任务试验的时候，宇航员威廉·安德斯首次看到月背，也是整个人类的首次。他描述说，“月球背面看起来像我在孩提时玩过一段时间的沙堆，它们全都被翻起来，没有边界，到处是一些碰撞痕和坑洞”。从那时开始，“阿波罗十号”一直到“阿波罗十七号”的宇航员都曾看到过月球背面。

然而，不管是照片还是用眼睛远距离看，终究没有与月背“亲密接触”来得“真切”。

嫦娥四号将首次实现月球背面软着陆和巡视勘察。迎接它的将是怎样的环境呢？

五院专家介绍，乍一看，月球背面一张“麻子脸”，陨石坑的数量比月球正面要多得多。此外还布满了沟壑、峡谷和悬崖，而月球正面相对平坦的地方比较多。

另外还有几处巨大的“痤疮”，暗斑中的物质与月面的普通物质相比，有很大不同。这种现象似乎能够说明，月球背面由于毫无遮拦地暴露在太空中，因而遭遇了大量天体的直接撞击。经年累月，月球就像一个盾牌，为地球挡住了陨石，守护地球安全。

整体来讲，月球背面的月壳比正面要厚。至于原因，众说纷纭。不过，“厚脸皮”为月球背面的“白肤色”提供了佐证：照片显示，月球背面巨大的陨石坑都呈现出白色，好像从来没有暗色的熔岩从上面流过。科学家研究认为，由于月球背面的月壳很厚，熔岩无法溢出，而正面月壳很薄，熔岩很容易破缝流淌在表面，所以颜色比正面要“白皙”得多。

此外，月球背面只有3个月海，名字分别叫东海、莫斯科海和智海，而月球正面月海很多；巨大绵延起伏的山峦，也不像月球正面那么多。

当我们看到整个月球正面的时候，即月中的满月时，它的另一面是黑暗的；当我们看不见它的时候，即月初没有月亮的时候，它的另一面是阳光普照的。

由于目前还没有宇航员或月球车登上月球背面，因此，除了借助照片判断，我们对它的其他情况了解得不多。

嫦娥四号探测器，正为人类逐步揭开月球背面的神秘面纱迈出关键一步。

文：屈辰

本文转载自微信公众号“瞭望”（ID：OutlookWeekly1981），原文首发于2018年12月8日，标题为《瞭望丨人类史上首次！详解嫦娥四号造访月球背面》。