看點(diǎn)六：為什么四天就到月球，還遲遲不著陸？

嫦娥四號(hào)早在12月8日就出發(fā)，使用了我國目前深空探測的最強(qiáng)火箭長三乙改III型。3.8噸重的它僅花了4天14時(shí)16分就完成了發(fā)射、軌道校正、近月制動(dòng)、進(jìn)入工作軌道，是四次主要任務(wù)中最短的一個(gè)。但依然等到了2019年1月3日才進(jìn)行著陸任務(wù)。

為什么需要這么長的時(shí)間呢？

是為了等待時(shí)機(jī)。

月球被潮汐鎖定，自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)相同，導(dǎo)致它的一天就是一年，一半是黑夜一半是白天。換做地球時(shí)間就是近14天交替的白天黑夜。在進(jìn)入月球軌道后，嫦娥四號(hào)一邊測試儀器，一邊等待月球進(jìn)入白天，畢竟它的主要能量來源是太陽能。

光線照射形成的影子，也是著陸時(shí)判斷地形的重要圖像參考（圖源：NASA）

另一方面，由于降落地點(diǎn)處于南極附近，它需要逐漸調(diào)整軌道傾角才能經(jīng)過這里，比較耗時(shí)。同時(shí)，也要等待太陽光照在月球的角度達(dá)到理想的狀態(tài)，這樣所有的地貌都會(huì)有比較清晰的陰影，最大程度輔助光學(xué)設(shè)備選擇并定位著陸地點(diǎn)。

網(wǎng)上有說法是，阿波羅登月的選擇時(shí)間參考了中國的傳統(tǒng)歷法——農(nóng)歷，某種程度上，這個(gè)說法挺有道理，因?yàn)檗r(nóng)歷與月相一致，月相又說明了月球上太陽光照情況。這是登月設(shè)備的重要參考。

看點(diǎn)七：嫦娥四號(hào)著陸怎么“走位”？

由于降落的難度大大增加，嫦娥四號(hào)的著陸方式也將作出改動(dòng)。由于著陸地的獨(dú)特地貌特點(diǎn)，它的避障需求遠(yuǎn)高于其他著陸任務(wù)。

嫦娥三號(hào)和四號(hào)動(dòng)力下降過程對比（圖源：李飛等）

可以看出，在進(jìn)入準(zhǔn)備階段后，嫦娥四號(hào)的軌跡不降反升，而后進(jìn)入一個(gè)幾乎要實(shí)現(xiàn)長距離垂直下降過程，期間完成避障、懸停、精避障、緩速降落全過程，難度極大。這么一個(gè)復(fù)雜的“走位”，對自主導(dǎo)航制導(dǎo)與控制要求極高。

看點(diǎn)八：嫦娥四號(hào)的能量怎么來？

采用太陽能電池板和充電電池組合，是很多月球探測器的基本配備。在（月球）白天，月球上太陽能極其充沛，太陽能電池板充電，剩余電能儲(chǔ)蓄下來，所有系統(tǒng)正常工作。晚上能量不足，只能冬眠或降低工作強(qiáng)度。我國的嫦娥三號(hào)和玉兔號(hào)任務(wù)，以及蘇聯(lián)、美國諸多無人探測器，大都采用這個(gè)方案。

2013年12月2日發(fā)射的嫦娥三號(hào)和玉兔號(hào)月球車，它們能量主要依靠太陽能電池板（圖源：中國航天科技集團(tuán)）

為應(yīng)對夜晚過低的溫度，探測器還需要攜帶放射性同位素元素钚-238，它的半衰期長達(dá)88年，會(huì)源源不斷釋放熱量，做保溫用，嫦娥三號(hào)即是如此。與此同時(shí)，它的熱量也可以收集起來用以發(fā)電，這就是大名鼎鼎的“核電池”，太陽系的五個(gè)使者：先鋒十號(hào)、先鋒十一號(hào)、旅行者一號(hào)、旅行者二號(hào)、新視野號(hào)，皆是依靠它實(shí)現(xiàn)了深空之旅。

而在嫦娥四號(hào)上，中國將首次實(shí)驗(yàn)自己的“核電池”技術(shù)。盡管它不是最主要的能量來源，但這個(gè)突破已經(jīng)意義重大。

看點(diǎn)九：逆襲的備份！

嫦娥四號(hào)原本是嫦娥三號(hào)的備份版本，但毫無疑問，目前它的科學(xué)和工程目標(biāo)都大大超出了前者。在嫦娥四號(hào)動(dòng)力下降過程中，它需要鵲橋號(hào)配合完成全部動(dòng)作，這就要求對星上傳感器和核心降落輔助設(shè)備進(jìn)行全新升級(jí)。

月面微型生態(tài)圈，帶有馬鈴薯、蠶、擬南芥和生命支撐系統(tǒng)（圖源：重慶大學(xué)）

基于過往經(jīng)驗(yàn)，嫦娥四號(hào)對月球車進(jìn)行了一定改進(jìn)，以期延長使用壽命，擴(kuò)大科研成果。太陽能帆板系統(tǒng)也升級(jí)為高效三結(jié)砷化鎵材料，能量來源更強(qiáng)勁。對嫦娥三號(hào)已有的測月雷達(dá)等設(shè)備進(jìn)行升級(jí)。

此外，在科學(xué)儀器上，為充分利用月球背后的“干凈”天文觀測條件，它新增了探測中子及輻射劑量、低頻射電和中性原子等一系列設(shè)備。除了科研，它還攜帶了一個(gè)以科普為主要目標(biāo)的月面微型生態(tài)圈，里面有幾種生物，也是人類首次進(jìn)行月面生物實(shí)驗(yàn)。

看點(diǎn)十：國際合作大突破

嫦娥探月工程作為中國最具標(biāo)志性大型科學(xué)研究項(xiàng)目之一，在擴(kuò)展中國航天國際影響力、甚至直接促進(jìn)國際合作方面的意義對我國而言是無可取代的，而嫦娥四號(hào)任務(wù)（本質(zhì)上鵲橋號(hào)中繼衛(wèi)星也屬于嫦娥四號(hào)任務(wù)的一部分）更是為中國航天邁出了突破性的一步。

嫦娥四號(hào)任務(wù)的火箭整流罩上有眾多國際機(jī)構(gòu)，可以看出這是個(gè)高度國際化的任務(wù)（圖源：中國航天科技集團(tuán)）

在科學(xué)方面，低射頻電探測儀是與荷蘭合作，月表中子與輻射劑量探測儀是與德國合作，中性原子探測儀是和瑞典合作，月球小型光學(xué)成像探測儀是與沙特合作。

在任務(wù)成功后，嫦娥四號(hào)收集來的一手科研數(shù)據(jù)將會(huì)對外全部公開，歡迎全世界科學(xué)家共同研究。一言以蔽之：嫦娥工程是近些年中國航天在國際上最大的一張名片，造成廣泛影響的同時(shí)，也在行業(yè)內(nèi)外得到了很多關(guān)注，是我國航天對外開放吸引合作的最佳平臺(tái)。

因而，眼前的嫦娥四號(hào)，不僅是中國的，更是全世界的。它的科學(xué)和工程意義，對整個(gè)人類而言都是重大突破。

主要參考文獻(xiàn)：

1. 文中的“吳偉仁等”指來自此期刊文章：吳偉仁，王瓊，唐玉華，等. “嫦娥4號(hào)”月球背面軟著陸任務(wù)設(shè)計(jì)[J]. 深空探測學(xué)報(bào)，2017， 4(2):111-117.

2. 文中的“李飛等”指來自此期刊文章：李飛, 張熇, 吳學(xué)英, 等. 月球背面地形對軟著陸探測的影響分析[J].深空探測學(xué)報(bào), 2017, 4(2): 143-149.

3. NASA最早提出的完整月球信號(hào)中繼方案可見文章：Farquhar, W. (1972). A halo-orbit lunar station.

4. 南極-艾特肯盆地高程原圖來自：Potter, R. W. K., G. S. Collins, W. S. Kiefer, P. J. McGovern, and D. A. Kring (2012), Constraining the size of the South Pole-Aitken basin impact, Icarus, 220, 730–743, doi:10.1016/j.icarus.2012.05.032.

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來源：微信公號(hào)“科學(xué)大院”（ID：kexuedayuan）作者：太空精釀