嫦娥四號,為何要去月球背面

嫦娥四號,為何要去月球背面(深閱讀)

12月8日2時23分,嫦娥四號探測器在西昌衛星發射中心成功發射,它的目標是月球背面。後續經歷地月轉移、近月制動、環月飛行之後,嫦娥四號探測器將做到人類首次月球背面軟著陸,開展月球背面就位探測及巡視探測。

探索月球背面有何意義?嫦娥四號將開展哪些科學研究?大陸的探月工程走過了怎樣的歷程?本報記者採訪了相關專家。

月球背面有什麼

嫦娥四號是嫦娥三號的備份星。2014年,嫦娥三號任務圓滿完成後,國防科工局牽頭組織開展了嫦娥四號任務實施方案調整的論證工作。綜合考慮國際前沿、科學價值、經濟和技術可行性等因素,最終確定了月球背面軟著陸和巡視探測的總體方案。

為何要去月球背面?由於月球繞地球公轉的周期與月球自轉的周期相同,所以月球總有一面背對著地球,這一面稱之為月球背面。因此,人類在地球始終無法看到月球的背面,雖然此前已經發射了100多個月球探測器,其中還包括65個月球著陸器,但僅有不載人的環繞月球軌道器和載人的阿波羅號曾看到過月球背面。中國科學院月球與深空探測總體部主任鄒永廖告訴記者:「從上世紀50年代開始,發射到月球的探測器和軌道器已經有100多個。但是從著陸器探測來說,月球背面一次都沒有。嫦娥四號首次在月球背面著陸和就位巡視,這是創造歷史的重大成就。」

據了解,此次嫦娥四號著巡組合體著陸區,位於月球背面的艾特肯盆地。鄒永廖介紹,月球分為三大地體,即克裡普巖地體、斜長高地巖地體、艾特肯盆地地體。「前兩個地體都已經被巡視探測過,只有艾特肯盆地地體沒有被近距離巡視探測,在科學上會有很多新發現。而且月球背面的巖石更加古老,如果能夠獲取更古老的巖石類型等物質成分信息,對我們了解月球的化學成分演化過程有很大幫助。」

專家表示,艾特肯盆地是目前發現的太陽系固體天體中最大最深的盆地,直徑大約2500公里,深度約12公里。其90%的面積都分布在月球背面,只有一小部分在月球正面,具有很高的科研價值。

中國探月工程總設計師、中國工程院院士吳偉仁說:「一般認為這個盆地有可能是當時宇宙大爆炸或者後來小天體撞擊形成的,隱含著宇宙最早的一些信息。而且這個盆地的深度有12公里,有助於我們獲取月球深部物質的信息。」 據介紹,嫦娥四號對月球背面地形地貌、礦物組分、巡視區淺層結構、地幔物質等進行科學探測與研究,將為月球資源的開發利用提供極具價值的第一手資料。

更讓科學家們感興趣的是,月球背面獨特的電磁場環境和地質特徵,非常適合開展低頻射電探測等空間天文學研究和月球物質成分探測等科學研究。「由於屏蔽作用,在地面上無法開展低頻射電的觀測。而月球背面的磁環境非常乾淨,到月球背面開展低頻射電天文觀測,這一目標應該說是天文學家夢寐以求的,可以填補射電天文領域在低頻觀測段的空白。」鄒永廖說。

嫦娥四號任務是什麼

2016年1月,嫦娥四號任務經國務院批准正式實施,包括中繼星和探測器兩次任務。為了做到著陸在月球背面的探測器與地球的測控通信和數據傳輸,大陸於2018年5月21日在西昌衛星發射中心發射了「鵲橋」中繼星,搭建起地月信息聯通的「天橋」。目前,「鵲橋」中繼星進入環地月拉格朗日L2點使命軌道,狀態正常。

據了解,嫦娥四號任務的工程目標,一是研制發射月球中繼通信衛星,做到國際首次地月拉格朗日L2點的測控及中繼通信;二是研制發射月球著陸器和巡視器,做到國際首次月球背面軟著陸和巡視探測。

在科學任務方面,嫦娥四號主要是開展月球背面低頻射電天文觀測與研究;開展月球背面巡視區形貌、礦物組分及月表淺層結構探測與研究;試驗性開展月球背面中子輻射劑量、中性原子等月球環境探測研究。

「嫦娥家族」有哪些成員

在嫦娥四號發射成功之際,中國的探月之路值得盤點。探月工程也叫嫦娥工程,是大陸太空繼人造地球衛星和載人太空之後的第三個里程碑,是國家重大科技專項的標誌性工程。計劃在2020年前按「繞、落、回」的發展思路分3期組織實施,做到探月工程既定目標。

——探月工程一期(2004年—2009年):2004年1月23日,國務院批准了國防科工委、財政部《關於繞月探測工程立項的請示》,標誌著月球探測工程一期——繞月探測工程正式立項,從而開啟了探月工程的光榮征程。

——探月工程二期(2008年—2014年):2008年2月15日,國務院批准探月工程二期立項。主要目標是做到在月面軟著陸,開展月面就位探測與自動巡視勘察。

——探月工程三期(2011年至今):2011年1月7日,國務院批准探月工程三期立項,標誌著探月工程「繞、落、回」三步走最後一步正式啟動。三期工程擬實施兩次采樣返回任務,分別命名為嫦娥五號和嫦娥六號任務,將首次採用無人月球軌道交會對接方式做到月面自主采樣返回。為降低工程風險,探月三期決定實施一次再入返回飛行試驗。再入返回飛行試驗驗證了地月空間往返一系列關鍵技術任務。

從探月工程一期至今,截至嫦娥四號任務前,大陸共進行了4次發射,可謂成果顯著。

——2007年10月24日嫦娥一號成功發射,11月26日,嫦娥一號衛星傳回第一幅月球圖片數據,標誌著探月工程一期任務圓滿成功。嫦娥一號衛星在軌有效探測16個月,於2009年3月1日受控撞月,為工程畫上圓滿的句號。探月工程一期首次做到大陸自主研制的衛星進入月球軌道;利用CCD立體相機對月球進行環繞探測,獲取了120米分辨率的全月影像圖以及鈾元素含量分布圖等。

——嫦娥二號任務。2010年10月1日嫦娥二號成功發射,經過在軌探測10個月後,於2011年8月25日飛赴日地拉格朗日L2點,並進行環繞探測;環繞探測近半年後,飛離L2點,於2012年12月13日,與圖塔蒂斯小行星近距離交會並獲得清晰圖像;之後飛向更遠的深空,成為大陸首顆繞太陽飛行的人造小行星,創造了中國太空器最遠飛行紀錄。嫦娥二號為嫦娥三號驗證了部分關鍵技術,詳勘了落月區域;在月球軌道有效探測10個月,利用改進的CCD立體相機對月球進行了環繞探測,獲取了世界上首幅7米分辨率的全月圖和1.5米分辨率的局部圖;利用γ射線譜儀、高能粒子探測器、太陽風離子探測器發現了月表鉻元素和微磁層、太陽風加減速等現象;獲取了圖塔蒂斯小行星的清晰圖像;創造了中國太空器最遠的飛行紀錄。

——嫦娥三號任務。2013年12月2日嫦娥三號成功發射,14日探測器如期著陸,15日著陸器與巡視器(玉兔號月球車)成功互拍,標誌著嫦娥三號任務取得圓滿成功。嫦娥三號任務是大陸首次在地外天體軟著陸,為中國太空開創了月面就位探測和機器人巡視探測的新模式。創造了首次研發地外著陸、巡視太空器平台,且做到月面遙操作等中國太空的多個首次。

——再入返回飛行試驗任務。2014年10月24日,探月工程三期再入返回飛行試驗器發射,經過8天的飛行,11月1日,在距地球5000公里處服務艙與返回器受控分離,返回器以「半彈道跳躍式」高速再入地球大氣層,安全精確著陸在內蒙古四子王旗,為嫦娥五號任務奠定了堅實的技術基礎。此後,服務艙順利完成了大橢圓停泊軌道飛行段、地月轉移段、地月L2點環繞飛行段、近月制動段和環月飛行段共5個階段的拓展試驗,取得豐碩成果。

馮 華