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2018年12月8日02時(shí)23分，搭載嫦娥四號(hào)月球探測(cè)器的長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭順利升空，“嫦娥”再次開啟耗時(shí)約半個(gè)月的“奔月之旅”。與之前“奔月”的姐妹們不同，這次嫦娥四號(hào)瞄準(zhǔn)的是人類探測(cè)器從未抵達(dá)過的月球背面，“不論是探地形還是探月壤成分，嫦娥四號(hào)都是代表人類第一次獲得一手?jǐn)?shù)據(jù)”，嫦娥四號(hào)探測(cè)器項(xiàng)目執(zhí)行總監(jiān)張熇如此說。美國《福布斯》雜志12月5日文章稱，中國開展的是一項(xiàng)勇敢無畏的登陸月球使命。
嫦娥四號(hào)這次“奔月之旅”將實(shí)現(xiàn)三個(gè)國際首次、一個(gè)國內(nèi)首次。即，國際上首次月球背面軟著陸和巡視探測(cè)，國際上首次月球拉格朗日L2點(diǎn)中繼與探測(cè)，國際上首次月基低頻射電天文觀測(cè)，國內(nèi)首次實(shí)測(cè)月夜期間淺層月壤溫度。
由于月球自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期相等，加上被地球潮汐鎖定，地球強(qiáng)大的引力讓月球總是一面朝向地球，所以我們?cè)诘厍蛏现荒芸匆娫虑虻恼?，而背面永遠(yuǎn)也看不見。月球背面到底是啥樣，嫦娥四號(hào)將第一次身臨其境觸摸它。
古人觀月，并非完全看不到月球背面。據(jù)五院科研人員介紹，月球存在著“天秤動(dòng)”，像鐘擺一樣來回?cái)[動(dòng)，因此，至少有10%至20%的月球背面的邊緣地帶可以從地球上看到，比如一個(gè)跨越1000千米的撞擊盆地東海。
1959年10月7日，蘇聯(lián)“月球三號(hào)”探測(cè)器傳回月球背面的第一張照片后，月球背面的“真容”就第一次被揭開了。依照這些珍貴的照片資料，蘇聯(lián)在1960年11月6出版了第一份月球背面地圖，一年之后，又制作了第一個(gè)月球儀，更加清晰的呈現(xiàn)出月球背面的初步特征。在1965年7月20日，蘇聯(lián)“探測(cè)器三號(hào)”傳送回了25張畫質(zhì)更好的月球背面照片，分辨率比“月球三號(hào)”高了許多，從照片中可以看到月球背面有一條長(zhǎng)數(shù)百千米的鏈狀隕石坑。1967年，蘇聯(lián)根據(jù)這批照片出版了包含4000個(gè)新發(fā)現(xiàn)的月球背面地形目錄的地圖，同年發(fā)布了第一份比例為1:5 000 000完整的月面圖和修訂后完整的比例為1:10 000 000月球儀，月球95%的表面都在上面呈現(xiàn)了出來。
人類首次與月背面對(duì)面是在1968年，“阿波羅八號(hào)”在進(jìn)行載人登月任務(wù)試驗(yàn)的時(shí)候，宇航員威廉·安德斯看到的。他描述說，“月球背面看起來像我在孩提時(shí)玩過一段時(shí)間的沙堆，它們?nèi)急环饋?，沒有邊界，到處是一些碰撞痕和坑洞”。從那時(shí)開始，“阿波羅十號(hào)”一直到“阿波羅十七號(hào)”的宇航員都曾看到過月球的背面。
2010年12月21日，據(jù)美國媒體報(bào)道，美國國家航空航天局的“月球勘測(cè)軌道器”拍攝了一組“驚人”的月球背面照片，這些照片的解析度是以往所拍月球背面照片的106倍，所呈現(xiàn)的細(xì)節(jié)精細(xì)程度也創(chuàng)下了歷史紀(jì)錄。根據(jù)這些最新照片數(shù)據(jù)，美國宇航局繪制了月球背面數(shù)字海拔地形圖，地形圖直觀地揭示了月球背面的地形。
這次嫦娥四號(hào)面臨的將是什么樣的著陸環(huán)境呢？據(jù)航天科技集團(tuán)五院專家介紹，乍一看上去，月球背面這張“面孔”并不漂亮，那是一張“麻子臉”，隕石坑的數(shù)量比月球正面要多的多，放眼望去隨處可見，密密麻麻的。月背的“皺紋”也多，布滿了溝壑、峽谷和懸崖，而月球正面相對(duì)平坦的地方比較多。另外還有幾處巨大的“痤瘡”，暗斑中的物質(zhì)與月面的普通物質(zhì)相比有著很大的不同，這種現(xiàn)象似乎能夠說明月球背面由于毫無遮攔的暴露在太空里，因而遭遇了大量天體的直接撞擊。經(jīng)年累月，月球就像一個(gè)盾牌，為地球擋住了隕石，守護(hù)了地球的安全。
月球背面還是個(gè)“厚臉皮”，它的月殼從整體來講比正面要厚。究竟是什么原因?qū)е略職ず穸炔灰粯?，眾說紛紜，是天文學(xué)界的一個(gè)未解之謎。不過，“厚臉皮”為月球背面的“白膚色”提供了佐證。照片顯示，月球背面巨大的隕石坑都呈現(xiàn)出白色，好象從來沒有暗色的熔巖從上面流過?？茖W(xué)家們研究認(rèn)為，由于月球背面的月殼很厚，熔巖無法溢出，而正面月殼很薄，熔巖很容易破縫流淌在表面，所以顏色比正面要“白皙”的多。
此外，月球正面月海很多，而月球背面卻只有3個(gè)，它們的名字分別叫東海、莫斯科海和智海。月球正面有許多巨大綿延起伏的山巒，而背面卻不像正面那么多。
由于目前還沒有宇航員或月球車登上月球的背面，因此，我們對(duì)它的詳細(xì)情況除了借助照片判斷，其它的知之不多。而嫦娥四號(hào)探測(cè)器，為人類逐步揭開月球背面的神秘面紗邁出了關(guān)鍵的一步。
人工智能協(xié)助發(fā)射
據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，這是長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭第五次執(zhí)行探月工程發(fā)射任務(wù)，此前這款中國的金牌運(yùn)載火箭家族已成功將嫦娥一號(hào)、嫦娥二號(hào)、嫦娥三號(hào)、探月工程三期再入返回飛行試驗(yàn)器送入預(yù)定軌道，可以稱得上是嫦娥奔月的“專屬列車”。
不過這次嫦娥四號(hào)奔赴月球背面，對(duì)發(fā)射提出了更高要求。據(jù)金志強(qiáng)總指揮介紹，為滿足嫦娥四號(hào)進(jìn)入遠(yuǎn)地點(diǎn)約42萬公里的地月轉(zhuǎn)移軌道的入軌精度要求，嫦娥四號(hào)任務(wù)火箭設(shè)計(jì)入軌精度相比嫦娥三號(hào)提高了30%以上。此外這次發(fā)射每天有兩個(gè)發(fā)射窗口，其中第一個(gè)發(fā)射窗口有效寬度2分鐘，46分鐘后進(jìn)入第二個(gè)發(fā)射窗口，窗口寬度僅1分鐘。為確?；鸺梢栽诎l(fā)射窗口要求時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)時(shí)發(fā)射，研制團(tuán)隊(duì)對(duì)軌道設(shè)計(jì)和產(chǎn)品可靠性都進(jìn)行大量改進(jìn)。
值得一提的是，當(dāng)前熱門的人工智能技術(shù)也融入運(yùn)載火箭的智慧化發(fā)射中。據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)通過大數(shù)據(jù)和智能搜索技術(shù)，輸入火箭整個(gè)生命周期中的多次試驗(yàn)和故障數(shù)據(jù)記錄，自動(dòng)記憶并學(xué)習(xí)故障高發(fā)薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合專家系統(tǒng)等推理工具，克服高密度發(fā)射期人員頻繁更換、現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致數(shù)據(jù)分析時(shí)間長(zhǎng)等缺陷，有效提高數(shù)據(jù)分析的深度與準(zhǔn)度，最終實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭智慧化發(fā)射監(jiān)測(cè)。
太空等待的“鵲橋”
在漫長(zhǎng)的“奔月之旅”中，“嫦娥”在浩瀚的太空中也并不“孤單”——一位專一的“情郎”已經(jīng)跨越幾十萬公里路程，在深空中等待著。這就是6個(gè)月前發(fā)射的嫦娥四號(hào)中繼星——“鵲橋”。據(jù)介紹，嫦娥四號(hào)探測(cè)器要到月球背面安家落戶，首先遇到的就是它與地球不僅相隔遙遠(yuǎn)的地月距離，而且還要隔著通信信號(hào)無法穿透的月球。
為保障地球與月球背面之間的通信聯(lián)系，讓嫦娥四號(hào)與地球之間的數(shù)據(jù)傳輸不受阻擋，2018年5月21日，通信中繼星“鵲橋”奔向太空，前往位于月球至地月拉格朗日L2點(diǎn)的預(yù)定軌道，開始搭建地月信息聯(lián)通“鵲橋”的航程。
在這半年中，“鵲橋”會(huì)經(jīng)歷一段沒有光照的日子。專家透露，沒有太陽照射的時(shí)候，陰影區(qū)的溫度是零下200攝氏度左右，最冷的地方將達(dá)到零下230攝氏度，在如此嚴(yán)寒下，“鵲橋”在太空中需要經(jīng)歷嚴(yán)酷的考驗(yàn)。為了使它在“冰窖”似的環(huán)境里不被“凍壞”，研制中，科技人員除了采用特殊的材料外，還進(jìn)行了大量的極端環(huán)境下的試驗(yàn)，有效保證了這些天線能夠應(yīng)對(duì)嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)。
為迎接嫦娥四號(hào)的到來，2018年11月9日至11月23日，研制人員對(duì)“鵲橋”中繼星進(jìn)行了一次在軌的“體檢”。“體檢”報(bào)告顯示，“鵲橋”非常健康！
為探察月球背面而“脫胎換骨”
許多航天迷都知道，嫦娥四號(hào)原先是嫦娥三號(hào)的備份星，但據(jù)抓總研制嫦娥四號(hào)探測(cè)器的航天科技集團(tuán)五院（以下簡(jiǎn)稱“五院”）的科研人員介紹，在嫦娥三號(hào)圓滿完成任務(wù)后，嫦娥四號(hào)被賦予了新的擔(dān)當(dāng)——實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面軟著陸和巡視勘察。為此嫦娥四號(hào)已經(jīng)“脫胎換骨”，成為全新的航天器。
據(jù)介紹，嫦娥四號(hào)任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)都是在月球背面完成的，包括實(shí)現(xiàn)月基低頻射電天文觀測(cè)，月球背面巡視區(qū)形貌、礦物組份探測(cè)和月球背面巡視區(qū)淺層結(jié)構(gòu)探測(cè)。月球背面沒有來自地球的無線電波的干擾，是進(jìn)行射電天文觀測(cè)的最佳場(chǎng)所，如果能利用這一自然地形架設(shè)無線電望遠(yuǎn)鏡，就好像把“天文臺(tái)”搬到了月球背面。嫦娥四號(hào)著陸器在月球背面軟著陸后，將開展月基低頻射電天文觀測(cè)研究，預(yù)期還可以獲得一批原創(chuàng)性的科學(xué)成果。“因?yàn)闆]有別的探測(cè)器到過月球背面，所以不論是探地形還是探月壤成分，應(yīng)該都是人類第一次獲得一手?jǐn)?shù)據(jù)”，嫦娥四號(hào)探測(cè)器項(xiàng)目執(zhí)行總監(jiān)張熇說。
嫦娥三號(hào)著陸區(qū)是月球正面的虹灣。那里布滿了月海玄武巖，地勢(shì)較為開闊、平坦，位于大型撞擊坑、月海、高地（山脈）交匯地區(qū)，有利于科學(xué)勘察目標(biāo)的選擇，當(dāng)然也有利于與地球的通信聯(lián)系。據(jù)嫦娥四號(hào)探測(cè)器副總師吳學(xué)英介紹，嫦娥四號(hào)的主著陸區(qū)為月球背面靠近南極一個(gè)叫馮·卡門撞擊坑的地方，這里著陸區(qū)面積比虹灣地區(qū)小了許多，因?yàn)樵虑虮趁嫔椒辶至?，大坑套小坑，很難找出再大一些、平坦一些的地方，供嫦娥四號(hào)安身。因此，嫦娥四號(hào)著陸器在凸凹不平“巴掌大”的地方軟著陸，需要具有比嫦娥三號(hào)更準(zhǔn)確的著陸精度。
