登陆月背:一个“厚积薄发”的完美逆袭

登陆月背:一个“厚积薄发”的完美逆袭

广寒宫秘境的前世今生

2013年12月,中国第一个月球软着陆的无人登月探测器嫦娥三号成功降存在月球表面。而彼时的“嫦娥四号”却只是静静躺在仓库里的一个备份探测器。然而,命运总是如此捉摸不透,几年后,这个曾经的“备胎”飞向了距地球38万公里外的广寒宫,并登陆月球背面,实现了完美逆袭。

登陆月背:一个“厚积薄发”的完美逆袭

之所以说它“完美逆袭”,是因为月背之旅绝非易事……

自古以来,嫦娥奔月的故事在中国是家喻户晓的。绝大多数人都知道,在这个神话故事中,月亮上有个广寒宫,广寒宫内有嫦娥、玉兔、桂花树和吴刚。但鲜有人知,由于“潮汐锁定”的天文现象,亘古以来,月球都只有一面是朝向地球的。

科学家们将朝向地球的一面称为月球的正面,背向地球的一面就成了月球的背面。由于在地球上不能直接观察到月球的背面。因此,当现代人类可以用天文望远镜清晰地观察到月球正面并没有神仙和外星人时,很多科幻爱好者就猜想,外星人的基地和神仙的天宫很可能建造在了月球的背面。

科学家们对于神秘的事物总是有着无法遏制的好奇心。

60年前,苏联的月球3号探测器对着月球背面拍摄了首批图像,苏联科学院据此于1960年发布了首幅月球背面地图;约50年前,美国“阿波罗8号”的3位航天员在进行环月飞行时,成为了首批亲眼看见月球背面的人。2009年11月~2011年2月,作为美国“重返月球”战略计划的第一步,美国宇航局发射的“月球勘测轨道飞行器”在距离月球背面表面50公里处,拍摄了超过1.5万张的照片,最终拼接成一张最高分辨率可达0.5米的月球背面全照。

可以说,在人类的持续努力下,广寒宫的秘境其实已经被人类掌握得越来越透彻了。

亲眼看到过月球背面的“阿波罗8号”航天员威廉·安德斯是这样形容月球背面的,“月球背面看上去就像是我家孩子玩了一会儿的沙堆。它伤痕累累,体无完肤,只不过是一大片肿块和洞洞。”

然而,尽管科学家们已经完成了对月球背面的高精度测绘,却一次都没有派探测器登上去过。因为,探测器飞至月球背后都会暂时失去与地球的直接无线电联系,直到从背面出来后才能恢复联系。而“嫦娥四号”想要落到月背并开展勘测工作,就必须要解决与地球的通信问题。这里,就必须要有“贵人”相助了。

在月球仪上,朝向地球的一面颜色均匀而统一,背向地球的一面则绿色、红色、褐色交替,缤繁多彩。这些颜色传达出的信息是——月球背面的地形条件远比月球正面复杂。

月老牵线建鹊桥

由于月球和地球都在宇宙中是相对运动的,要解决月球背面与地球的持续通信问题,首先要找到一个飞行器能保持与月背和地球相对固定位置的点。幸运的是,这个固定位置的点,天文学家们以非凡的智慧早早的就算出来了。

也就是说,对于地球和月球这两个大天体系统来说,存在5个平动点,在这5个点运动的飞行器,由于引力平衡,可以几乎不用消耗推进剂就同时保持与地球和月球的相对位置。在这个理论的指导下,“嫦娥四号”的轨道计算团队经过一系列的工程计算分析,最终选择了向位于月球背面拉格朗日2号点的HALO轨道发射1颗中继卫星。

这颗中继卫星在2018年的中国航天日上被命名为“鹊桥”。鹊桥卫星于2018年5月奔月,并于一个月后就位,其环绕运行的拉格朗日2号点,位于地月连线的延长线上,距月球约6.5万公里。对于“嫦娥四号”任务而言,鹊桥卫星的成功就位是任务实施的关键。没有这个“月老”来牵线解决通信问题,“嫦娥四号”就无法实现其任务要求。

自我升级和断舍离

当外部条件逐步具备的同时,“嫦娥四号”也进行着一场自我突破式的改造。它不但要进行自我升级,还要学会“断舍离”。

为了适应月球背面的任务要求,“嫦娥四号”舍弃了月基光学望远镜和极紫外相机,新研制了低频射电频谱仪,并分别与荷兰、德国合作研制了中性粒子辐射剂量探测仪、中性原子探测仪等。

经过一系列的升级,相比“嫦娥三号”,“嫦娥四号”的最大特色就是在月球背面这个低频射电探测的绝佳场所,能够开展低频射电天文观测与研究,这样的频段选择是世界首次。同时,“嫦娥四号”还试验性地开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究。而对于月球背面巡视区形貌、矿物组份及月表浅层结构的探测与研究,则更是让大家充满了期待,希望能进一步揭示宇宙形成的秘密。

应该说,“嫦娥四号”的逆袭之旅离不开人类空间科学探索的早年积累与共享,但也不是说有了这些积累,后来的航天国家就能轻易成功。要知道,就在“嫦娥四号”成功着陆月背的当天,印度宣布再次推迟其“月船2号”探月计划,并表示目前无法确定发射日期。而印度的这项计划已经从2011年开始,年年推迟至今。

“嫦娥四号”在月背的成功着陆,是继2018年中国航天发射次数首次独占全球第一之后的又一个里程碑式的巨大成就。

毫无疑问,中国航天正在从航天大国迈向航天强国,而中国航天所经历和推动的也恰恰是这个文明古国的逆袭之旅。

文/李洪波

编辑/张晓帆

监制/许斌