看!世界首张月球背面照 揭秘嫦娥四号7大看点

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看!世界首张月球背面照 揭秘嫦娥四号7大看点

来源:金羊网 日期:2019-01-04


  

嫦娥四号着陆器监视相机C 拍摄的着陆点南侧月球背面图像,玉兔二号巡视器将朝此方向驶向月球表面 新华社发


  ●月球背面月壳为何比正面厚?

  ●月球有哪些被隐藏的“过往”?

  ●艾特肯盆地是如何形成的?

  ●能否监听宇宙深处的电磁信号?

  据新华社电 这是人类第一次揭开古老月背的神秘面纱。2019年1月3日10时26分,嫦娥四号探测器自主着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内,实现人类探测器首次月背软着陆。

  经过约38万公里、26天的漫长飞行,1月3日,嫦娥四号进入距月面15公里的落月准备轨道。

  北京航天飞行控制中心大厅内,随着现场工作人员一声令下,嫦娥四号探测器从距离月面15公里处开始实施动力下降,探测器的速度逐步从相对月球1.7公里每秒降为零。

  在6到8公里处,探测器进行快速姿态调整,不断接近月球;在距月面100米处开始悬停,对障碍物和坡度进行识别,并自主避障;选定相对平坦的区域后,开始缓速垂直下降。最终,在反推发动机和着陆缓冲机构的“保驾护航”下,一吨多重的探测器成功着陆在月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区。

  嫦娥四号着陆区地形起伏达6000米,是太阳系中已知最大的撞击坑之一,被认为对研究月球和太阳系早期历史具有重要价值。

  落月后,通过“鹊桥”中继星的“牵线搭桥”,嫦娥四号探测器进行了太阳翼和定向天线展开等多项工作,建立了定向天线高码速率链路,实现了月背和地面稳定通信的“小目标”。

  11时40分,嫦娥四号着陆器获取了月背影像图并传回地面。这是人类探测器在月球背面拍摄的第一张图片。

  15时7分,工作人员在北京航天飞行控制中心通过“鹊桥”中继星向嫦娥四号发送指令,嫦娥四号着陆器与玉兔二号巡视器(即月球车)分离开始。

  飞控大厅大屏幕上,嫦娥四号着陆器矗立月面,太阳翼呈展开状态。玉兔二号巡视器立于着陆器顶部,展开太阳翼,伸出桅杆。随后,巡视器开始向转移机构缓慢移动,转移机构正常解锁,在着陆器与月面间搭起一架斜梯,巡视器沿斜梯缓缓走向月面。22时22分,巡视器踏上月球表面,巡视器在月背留下第一道印迹。


  嫦娥四号探测器动力下降过程降落相机拍摄的月背影像图

  揭秘嫦娥四号7大看点

  在崇山峻岭中自主着陆、探索宇宙起源、在月亮上“种土豆”……

  文/图 新华社

  2018年12月8日从西昌卫星发射中心升空的嫦娥四号探测器,经过20多天环月飞行,终于等到目的地南极-艾特肯盆地这个太阳系中最大、最深、最古老的陨石坑迎来曙光。

  2019年1月3日10时26分,嫦娥四号探测器自主着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内,实现人类探测器首次月背软着陆。11时40分,嫦娥四号着陆器获取了首张月背影像图并传回地面。

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  如何实现“自动驾驶”?

  用“大脑”计算寻找着陆点

  1月3日10时15分,在距离月球约6.5万公里、环绕地月第二拉格朗日点、能同时看见地球和月球背面的中继星“鹊桥”的通信协助下,嫦娥四号上的变推力发动机被点燃,探测器的速度从相对月球1.7公里每秒降到接近为零。探测器调整了姿态,朝着艾特肯盆地中的冯·卡门撞击坑相对平坦的坑底垂直降落下去。

  当它距离月面约两公里时,太阳从东方照射月面形成的投影被探测器上的相机捕捉到,经过计算机“大脑”处理,它识别出下方的大石块和陨石坑,进行了第一次避障。

  当距离月面100米时,它在空中悬停,利用激光扫描识别出月面上更小的障碍物以及坡度,它的“大脑”再次计算,寻找到一个较为安全的地点作为着陆点。

  当距离月面两米时,探测器上的发动机停止工作,怀抱着月球车的金光闪闪的着陆器依靠自身重力落下,四条腿稳稳站立在荒凉的灰色月面,扬起一片月尘。

  整个降落过程持续了大约12分钟,全部由探测器自主完成,地球上没有进行任何干预,但“鹊桥”将着陆的画面传回到北京郊区的指挥控制中心。

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  如何在崇山峻岭中着陆?

  探测器自主识别障碍并避障

  中国探月工程总设计师吴伟仁比喻说:嫦娥三号好比降落在华北大平原,而嫦娥四号好比降落到中国西南的崇山峻岭中。

  他说,嫦娥四号着陆区相当于嫦娥三号着陆区的八分之一,且落区周围有海拔10公里高的山,艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的海拔为负6公里,因而与嫦娥三号平滑的抛物线降落轨迹不同,嫦娥四号是接近垂直降落。

  “着陆时间短、难度大、风险高,对我们是一个很大的考验。”吴伟仁说。

  航天科技集团五院嫦娥四号探测器总设计师孙泽洲说:“我们对于月面地形的信息主要来自以前环月遥感数据,包含嫦娥一号、嫦娥二号以及一些国外卫星的遥感数据。但这些数据都不能给我们提供足够精度的地形信息,我们不可能知道哪个地方有大石头,更多的是整体的宏观信息和统计概率,最后着陆还是要靠探测器自主识别障碍与避障。”

  五院嫦娥四号探测器项目总监张熇说,嫦娥四号在系统设计上考虑了如何提高着陆的精度,在环月阶段增加了轨道修正,在动力下降控制策略上进行了调整。探测器要在距离月面比较高时候就达到着陆区的上方,然后垂直下降,这样航迹上复杂崎岖的地形就不会对着陆带来影响。

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  探索月球背面有何重要意义?

  窥见大爆炸后宇宙起源

  “去月球背面比去正面风险增大了很多,崎岖的地形给我们带来必须面对的问题,但在月面更高精度的着陆是未来所需要的。解决这次任务面临的挑战,可为后续的深空探测和小行星探测打下基础。我们希望未来具备全月球乃至于全太阳系的到达能力。”孙泽洲说。

  中科院月球与深空探测总体部主任邹永廖说,月球背面具有独特性质,嫦娥四号登陆的是从未实地探测过的处女地,或许能获得重要发现。

  对于天文学家来说,月球背面是一片难得的宁静之地,因为月球自身屏蔽了来自地球的各种无线电干扰信号,在那里或将窥见大爆炸后宇宙如何摆脱黑暗,点亮第一代恒星。

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  为何着陆在冯·卡门撞击坑?

  这里坑坑洼洼的仍是“谜”

  由于潮汐锁定,月球绕地球公转与自转的周期相同,从地球上看到的月亮“景色”总是相同的。在没有太空探测器的年代,月球背面一直是神秘的未知世界。

  直到大约60年前,苏联的月球3号探测器才传回了第一张月球背面影像。大约50年前,美国阿波罗8号的三位宇航员在环月飞行时,成为最先目睹月球背面的人类。

  越来越多环绕月球的探测器让人们发现,原来月球背面和正面如此不同:正面相对平坦,而背面则崎岖不平,遍布坑坑洼洼的撞击坑;月球背面的月壳比正面厚得多。为什么会这样?现在依然是个谜,只有着陆探测才有可能揭开这个谜。

  对冯·卡门撞击坑的探测还有另一层意义,它是以20世纪匈牙利裔美国航天工程学家冯·卡门名字命名的。中国航天事业的奠基人钱学森、郭永怀都是这位“航空航天时代科学奇才”的亲传弟子。

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  此次探测会带来哪些惊喜?

  将为人类重返月球作准备

  距离人类第一次登月过去50年了,人类能否重返月球?月球上的辐射会对宇航员造成多大影响?月球上到底有多少水?月球上的水是怎么来的?中外科学家将通过嫦娥四号寻找答案,为人类重返月球作准备。

  德国基尔大学物理实验与应用研究所项目总师温牧说:“当宇航员返回地球后,月球上造成的辐射还留在他们身体里。这是一直存留的危险,所以我们必须把这些辐射搞明白。”

  “月球童年的经历,地球上也发生过。但由于地质活动,地球早年的痕迹已被抹去。要想了解地球久远的往事,月球或许能给我们答案。”中科院地质与地球物理研究所研究员林杨挺说。

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  有哪些科研任务?

  为月亮“种花”测“体温”

  嫦娥四号任务携带了中国和荷兰科学家研制的低频射电探测器。“到月球背面开展低频射电天文观测是天文学家梦寐以求的,可以填补射电天文领域上在低频观测段的空白。”邹永廖说。

  嫦娥四号还将棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇6种生物带上了没有生命的月球,它们形成一个微型生物圈。人们期待月亮上能绽放出第一朵花。

  月球的夜晚究竟有多冷,中国科学家还没有确切数据。嫦娥四号的任务还包括给月球测量“体温”。

  五院嫦娥四号巡视器总体主任设计师申振荣说,去月球背面探测是中国为世界作出的贡献。“虽然我们现在还不知道最终能探测到什么,但是这一探测有可能会影响好几代人。”

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  有哪些国际合作项目?

  搭载四个国家科学荷载

  为增进国际交流合作,扩大开放共享,嫦娥四号不仅携带了中国的实验项目,还搭载了荷兰、德国、瑞典和沙特阿拉伯四国的科学载荷。

  瑞典航天局太阳系统科学部部长科勒说,首次月球背面软着陆是中国的巨大成就,“我们非常高兴能成为这次任务的一部分”。他说:“有一种理论认为,月球上的水是由于太阳风与月球表面的风化层相互作用而产生的,这是瑞典和中国科学家想通过探测解答的问题。”

  嫦娥四号探测器上还搭载了德国基尔大学研制的一台月表中子及辐射剂量探测仪,该仪器总重约3千克,可对月球表面中子和其他粒子的辐射环境进行综合测量。

  嫦娥四号德国科学载荷项目组负责人、基尔大学教授罗伯特·维默尔-施魏因格鲁伯说:“中国正与许多国际伙伴进行合作,而且合作越来越多。我不认同那种因为担心技术外流而拒绝合作的做法。在我看来,技术只会因为拒绝分享而消亡。”