揭开月球另一面的面纱 奔向月球背面的嫦娥四号

字体 2018-12-12 14:27:01
     来源: 光明日报  

嫦娥奔月的古老神话在摩登中国重新演绎,并陆续延伸出新的“版本”。12月8日凌晨2时23分,我国探月工程再次出发——嫦娥四号胜利发射。与以往任何一次不一样,嫦娥四号最终将下降在月球背面,完成人类首次月球背面软着陆和巡视探测。“这将是创造汗青的重大收成。”中国科学院月球与深空探测总体部主任邹永廖透露。

从20世纪50年代起,人类从未中止探月的次第,发射到月球的探测器已经有100众个,但至今没有一个在月球背面着陆并进行探测。目前有关月球背面的新闻都是通过遥感探测和所照相片获得的,比较有限。对于人类来说,月球背面无间是一片神秘地带。当我们对月球正面的谋划逐渐深化的时候,对另一面却知之甚少,嫦娥四号将第一次近间隔地揭开它的面纱。

月球背面的魅力

很世人可能并不主张,嫦娥四号最起始是嫦娥三号的备份。“一旦嫦娥三号有变故,嫦娥四号就顶上。”嫦娥四号探测器飞控测试队副队长、项目顾问谭梅回忆,收成嫦娥三号仔肩很胜利,于是带来另一个题目:下一发射仔肩(即嫦娥四号)毕竟怎么做?有科学家首倡将探测器落到月球背面,也有人首倡落到月球南极。经过论证,最后挑选了月球背面。

因为月球的自转周期恰好等于公转周期,因此它的一面总是朝向地球,另一面总是背向地球,人类在地球上只能看到月球的正面,看不到背面。这个看不睹的一面,对我们谋划月球甚至天地很主要。因为无论是物质成分、形貌构造上照旧岩石年龄,月球背面和正面都有很大的差异。“从绝对上看,月球背面的岩石更加古老。获取更古老的岩石典范等物质成分新闻,对我们相识月球的演化进程有很大扶助。”邹永廖说。

根据教唆,嫦娥四号将会下降到90%的面积都分布在月球背面的艾肯盆地上。月球分为三大地体,即克里普岩地体、斜长高地岩地体、艾肯盆地地体。“前两个地体美国、苏联都曾着陆和探测过,只有艾肯盆地地体没有近间隔探测过,是一块童贞地,在科学上会有很众新的发觉。”邹永廖明晰,艾肯盆地是一切太阳系固体天体中最大最深的盆地,直径大概2500公里,深度约12公里,对其进行探测可以获取月球深部物质的新闻。

此外,艾肯盆地目前被科学界认为是39亿年前撞击变成的。在太阳系变成的46亿年汗青里,撞击分外众,39亿年前正好是撞击的峰值。“按照常规表面,撞击密度、频度、强度应该是越早越大,为什么这个峰值涌现在39亿年而不是更早?到艾肯盆地展开慎密探测,也准许以解开39亿年撞击峰值这个科学之谜。”邹永廖很期待。

到月球背面还有一个主要原因,即展开低频射电天文观测。“这一目标是天文学家朝思暮想的,可以填补射电天文范畴上在低频观测段的空白。”邹永廖明晰,因为地球电磁境况的原因,在月球正面展开低频射电观测感化很欠好。月球背面的电磁境况分外洁净,为展开空间科学范畴最前沿的低频射电天文观测与商量提供了抱负场所。

落月球背面不容易

“一把就直接落到月球背面”,这是当时嫦娥四号仔肩确定后公共作出的决议。谭梅用了一个词来形容这个决议——“艺高胆大”。因为,要一次就完成在月球背面着陆和巡视探测,并不容易。

早先,必须确保嫦娥四号能被准确地送到预定轨道。嫦娥四号要发射到远场所约42万公里的轨道,比嫦娥三号38万公里的轨道更远,对火箭入轨精度的请求也更高。中国航天科技集团一院火箭系统总诱导金志强介绍,嫦娥四号只有连续两天的发射窗口(最佳发射时间),这两天里每天有两个发射窗口。一般的卫星发射窗口大概是一个小时甚至更长时间,但嫦娥四号一天里的发射窗口只有3分钟,其中第一个发射窗口有用宽度2分钟,46分钟后参加第二个发射窗口,窗口宽度仅1分钟,必须在这两天的3分钟内发射。“假如第一次没有打上去,必须拆卸检讨,要花掉不少时间,一定会错过剩下的窗口期。”

为了确保准时发射和准确入轨,科研人员对火箭的可靠性进行了厘革。与嫦娥三号相比,嫦娥四号的火箭总共进行了65项技术厘革,分布在领先机、掌握系统、测量系统、箭体机关、增压输送系统、发射支持系统等13个箭上和地面分系统。而且,针对窄窗口发射、冬季发射等特征展开专题风险明晰,制定了520项预案。

参加预定轨道,最终能否准确下降到月球背面并起始巡视探测,又是一个难题。嫦娥四号在月球背面软着陆,但将受月球自身遮挡,无法直接与地球进行测控通信和数据传输。也就是说,我们与嫦娥四号睹不着面、对不上话。怎么办?

统治主睹是建一个“通信中继站”,让嫦娥四号的通信数据通过中继站发往地球。不过,中继星的地位必须处于地球与月球引力平衡的平衡点,即地月拉格朗日L2点,此前国际上没有过发射和运转在该地位的卫星。但中国航天人总是能迎难而上。2018年5月,嫦娥四号中继星胜利发射并参加环绕L2点的仔肩轨道,它有一个很事态的名字——“鹊桥”,即为地月通信搭建桥梁。

有了“鹊桥”,嫦娥四号可以定心地登上月球背面。在嫦娥四号动力下降以后,地面无法“看到”着陆器或者巡视器,各项测控职分都将通过中继星来完成,搜集数据摄取、状况监视以及对月球车在巡视进程中的操作掌握等。

期待新的科学发觉

假如绝对顺利,嫦娥四号探测器后续将经历地月打算、近月制动、环月飞行,最终完成人类首次月球背面软着陆,展开月球背面就位探测及巡视探测。当落地的那一刻,我们期待什么?

我们为嫦娥四号挑选了月球背面如许一个目标地,这个目标地告诉了我们要做什么、期待什么。根据教唆,嫦娥四号的科学仔肩主若是展开月球背面低频射电天文观测与商量;展开月球背面巡视区形貌、矿物组份及月表浅层机关探测与商量;测试性展开月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球境况探测商量。

专家透露,通过低频射电天文观测,我们可以商量天地发端和星球发端等;对月球低质的探测和主张,我们可以进一步谋划月球的演化细节,甚至发觉新的岩石、物质典范等;对月表境况里的中子辐射剂量、中性原子等的探测,我们可以商量天地粒子辐射和太阳风,为征战月球和载人登月做准备,还可以物色水资源。

当然,嫦娥四号的科学目标远不止于此。“对于任何一个地外天体而言,探测其空间和表面境况、地形地貌、物质成分、内部机关等,是远远不够的,还应从比较行星学的步调论出发,系统地展开对地球、火星、月球等天体的比较商量,如许手艺更好田谋划它们。从这个事理上讲,嫦娥四号对后续深空探测有主要事理。”邹永廖说。(本报记者陈海波)


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编辑:任梓嘉

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