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嫦娥四号:让月球背面露真颜

2018-03-13 11:35:23|来源:科技日报|编辑:于苏燕 |责编:韩东林

  全国政协委员、中国航天科技集团五院(以下简称五院)党委书记赵小津日前透露,我国计划今年实施嫦娥四号探月任务,探测器将实现人类首次在月球背面软着陆,开展原位和巡视探测。

  “我们将在嫦娥四号任务的中继星上搭载两颗小卫星,做射电干涉试验,探测宇宙‘黑暗时代’。”全国政协委员、中国科学院国家空间科学中心研究员吴季3月2日说。

  这是中国探月工程又一次踏上征程,将书写人类探索月球的新篇章。国际权威学术期刊《自然》预测2018年全球科技大事件,嫦娥四号任务“榜上有名”。

  中继卫星关系任务成败,45万公里通信距离带来难题

  嫦娥四号任务将分两次发射。赵小津说,我国计划在上半年先往地月拉格朗日2点发射一颗中继卫星。中继卫星是实施嫦娥四号任务的前提,关系到整个任务的成败。

  由于被地球潮汐锁定,月球只能永远以同一面朝向地球。人类在地球上不仅从未见过月球背面,通信信号也会被阻隔。地月拉格朗日2点位于地球与月球的延长线上,距地面约45万公里。赵小津说,在这个位置布置一颗中继卫星,既能“看到”月球背面,也能“看到”地球,可以将嫦娥四号着陆器和巡视器获取的科学数据传回地球,并通过中继卫星提供嫦娥四号软着陆及月面工作期间的测控支持。

  此前,我国为了满足载人航天等任务的测控需求,发射了天链一号系列中继卫星,部署在距地面约3.6万公里的地球同步轨道。嫦娥四号中继卫星的用途和技术途径与之相似,轨道距离却远了十多倍,技术难题随之而来。此前有航天专家指出,相比地面口径可达数十米的天线,无论是中继卫星还是嫦娥四号探测器,天线的口径都不可能太大,因而只能用窄波束天线实现较大容量的数据传输,这对天线的指向精度要求极高。

  赵小津说,这颗中继卫星的研制是在嫦娥四号任务方案确定之后提出的,研制周期只有2年多时间,而且面临全新的轨道和任务要求。与其他中继卫星4年以上的研制周期相比,时间非常紧张。经过努力,五院科研团队攻克了地月拉格朗日2点轨道设计与控制、远距离中继通信等关键技术,如期完成了研制任务,产品各项指标完全符合任务需求。

  嫦娥四号晚上也能工作,“玉兔”悲剧不会再发生

  中继卫星完成在轨测试后,我国计划在下半年发射嫦娥四号,让它降落在月球南极附近的艾特肯盆地。

  嫦娥四号本是嫦娥三号的备份。不过赵小津表示,嫦娥四号的着陆方式、工作状态跟嫦娥三号有很大区别,性能上也有很大提升。

  2013年12月,嫦娥三号成功降落在月球正面雨海北部区域。赵小津说,月球正面有较为宽阔的平原,虽然也有许多陨石坑,但即使是坑底也相对平整。月球背面的地形则更为复杂,陨石坑更多,地势更陡峭。因此嫦娥四号不能像嫦娥三号那样以弧形轨迹缓慢着陆,为了不撞到峭壁,它必须采取近乎垂直的降落方式。

  月球上的“一天”大约相当于地球上的28天,昼、夜各占一半,温差可达300摄氏度以上。为了熬过寒冷漫长的月夜,嫦娥三号采取了休眠策略,借助放射性同位素热源加两相流体回路技术维持体温,满足基本的能源需求,等到太阳出来再自主唤醒。嫦娥四号的能源方式更进一步,凭借同位素温差发电与热电综合利用技术,不仅能安然度过月夜,还能开展一些测量工作。

  2014年1月,嫦娥三号带上月球的“玉兔”月球车出现异常,故障始终未能排除,让千万网友痛心不已。有了前车之鉴,科研团队对嫦娥四号巡视器进行了改进,增加了可靠性。“我相信这次肯定不会出现同样的问题。”赵小津说。

  相比嫦娥三号任务,嫦娥四号将更深层次、更全面地科学探测月球地质、资源等信息,完善月球的档案资料。航天专家庞之浩认为,对月球背面进行区域性详查和精查十分重要。深入了解月球背面,对研究月球的起源和演变、调查月球地质和资源情况等有重要作用;同时那里不受来自地球的无线电波干扰,是建造科研基地的理想圣地。

  尤其是月球两极,探测意义更为重大。记者了解到,月球两极有两种特殊区域:一是永久光照区,可以获得持续稳定的太阳能;二是永久阴影区,可能存在大量水冰。庞之浩认为,如果能确定月球两极是否有水和其他资源,不仅能作为月球基地选址的重要参考,也有助于把月球作为跳板进行载人火星探测。因为水能用于航天员的生活,还能分解成氢和氧作为飞船燃料。他表示,开展月球背面和两极的探测,有望获得一批重大原创性科研成果。

  “希望2025年开始月球基地建设,2030年实现载人登月”

  月球,是人类迈向深空的第一站;嫦娥奔月的故事,也寄托着千百年来国人的梦想。上世纪90年代,我国科学家开始努力将梦想变为现实。

  2007年,我国发射嫦娥一号卫星,拉开了中国人探索月球的序幕。嫦娥一号在距月面200公里的轨道绕行了近500天,获得了世界首幅三维立体全月图。

  2010年发射的嫦娥二号,在嫦娥一号基础上更进一步。它的工作轨道距月面仅100公里,获得了分辨率更高的三维影像、月球物质成分分布图等资料。既定任务完成后,嫦娥二号开展了拓展试验,先探测了距地球150万公里的日地拉格朗日2点,又飞到700万公里之外,与图塔蒂斯小行星擦身而过,拍下了宝贵的照片。此后它不断飞向深空,验证我国的测控通信能力。如今嫦娥二号正围绕太阳做椭圆轨道运行,预计会在2020年前后回到地球附近。

  在我国探月工程三步走计划中,“绕、落”任务已经完成,下一步将发射嫦娥五号探测器,从月球采集2公斤月壤带回地球。按照原本的计划,嫦娥五号应该在2017年底由长征五号火箭发射,由于此前长征五号遥二火箭发射失败,嫦娥五号任务也相应推迟。

  赵小津说,目前嫦娥五号处于存储状态,发射时间还不能确定,要先等长征五号遥三、遥四火箭发射成功,确保火箭可靠性达到要求。如果一切顺利,嫦娥五号任务有望2019年实施。

  如果嫦娥五号任务取得成功,我国将用它的备份——嫦娥六号开展新的探索。有专家认为,如果嫦娥四号在月球背面发现了有价值的线索,可以让嫦娥六号去月球背面采样返回。

  赵小津介绍,目前科学家已经开始了探月四期工程的规划,希望国家能尽快立项。在四期工程中,希望能开展月球基地的建设,先由智能机器人操作,不断组装扩大,为载人登月奠定基础。未来,月球基地可以开展科学试验,也可以作为深空探测的中转站。“我们希望在2025年左右能开始月球基地的建设,2030年左右实现载人登月。这样的规划也是对探月三期工程的延续。”他说。(付毅飞)

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