“嫦娥”探月 步步翩跹

Nemo

在今年11月于上海举行的中国国际进口博览会上，中国航天科技集团表示，年底就将发射“嫦娥四号”。其实，这一发射消息自8月以来就不断登上新闻版面，而5月发射的“鹊桥”中继星就是等着“嫦娥四号”来与它相会的。这是中国月球探测工程中的重要一步，所有人都翘首以待。

回顾探月工程

2007年10月24日，“嫦娥一号”发射升空，拉开了中国月球探测工程的序幕。它成功进入环绕月球的轨道，还拍摄制作了120米分辨率的全月图。中华民族嫦娥奔月的神话，给这一探月工程增添了几分绮丽与浪漫。

“嫦娥一号”还有一个备份探测器。“嫦娥一号”发射后，我国科学家把这个备份做成了“嫦娥二号”探测器，并于2010年将其发射。“嫦娥二号”外表看上去与“嫦娥一号”大同小异，但它携带了更清晰的相机，获取了分辨率为7米的全月图。换句话说，对“嫦娥一号”拍的月球照片，你能分辨出直径大于360米的陨石坑，而对“嫦娥二号”拍的月球照片，你能分辨出直径大约20米的小坑！

“嫦娥二号”降低轨道拍摄了“嫦娥三号”的预定着陆区。它降轨飞掠拍到的照片，分辨率高于1.3米，这有利于为之后的探测器软着陆选取平坦落区。“嫦娥二号”还飞到了拉格朗日L2点（拉格朗日点指在太阳、地球两大天体引力作用下能保持相对静止的太空物体所在的点，其中L2点是航天器的理想驻留点），并拍摄了小行星“战神”，这一次探月之旅可谓多姿多彩。

接下来的“嫦娥三號”值得大书特书——它终于在月球上着陆了！2013年12月2日，“嫦娥三号”从西昌发射升空，12月14日在月球虹湾地区成功着陆。这是自1976年苏联“月球24号”之后的37年来，人类的探测器第一次重返月球表面。这一着陆受到了全世界人民的热情围观。要知道，对大部分航天迷来说，看到登陆月球的直播可是有生以来第一次！

“嫦娥三号”带了一辆月球车——“玉兔号”。“玉兔号”在当时成了头号“网红”，吸粉无数。它虽然第二个月就出现了故障，无法移动，而且还无法合上盖子休眠，但就是硬生生地“活”到了2017年初——要知道它的设计寿命只有3个月啊！居然顽强坚持了3年，还真是一个“兔坚强”。

因为“嫦娥三号”的任务中，“玉兔号”出现了意外，原来的备份便披挂上阵了，这就是“嫦娥四号”探测器。不过，在发射“嫦娥四号”之前，“嫦娥五号T1”探测器就已于2014年10月24日发射了。这个探测器采用了“弹跳式”再入返回技术，安全穿过地球大气层，落回地面，从而验证了航天器从月球轨道高速返回的能力，因此可以说它是“嫦娥五号”取样返回探测器的开路先锋。

“嫦娥四号” 意外惊喜

按照常理，“嫦娥四号”应该在“嫦娥五号”之前发射，不过既然已经有了“嫦娥五号T1”这样的“插队抢先”，“嫦娥五号”先发射也不算意外了。然而天有不测风云，2017年，“长征五号”火箭发射失败，原定“嫦娥五号”探测器在2017年年底发射的计划便无限期推迟了。于是探月工程又回到了原来的程序，“嫦娥四号”定于2018年年底发射前往月球。

“嫦娥五号”是我国探月工程“绕落回”三步走的收官之作，那在它之前的“嫦娥四号”又有什么意义呢？“嫦娥四号”原本是“嫦娥三号”的备份，听起来可不怎么重要呀——如果你以为它只是为了弥补“嫦娥三号”的遗憾，那就大错特错了！“嫦娥四号”在科学上有着重要的意义，而且很可能给我们带来意外的惊喜。

引言中提到，2018年5月，我们发射了一颗中继星“鹊桥”。它是为“嫦娥四号”准备的，主要任务就是为着陆器和月球车提供通信中继。为什么“嫦娥三号”没有这样一颗“鹊桥”，“嫦娥五号”计划中也不需要呢？这是因为“嫦娥四号”要去月球背面探险！

月球的自转和公转周期相同，所以它的背面我们在地球上是永远看不见的。“嫦娥四号”在月球背面着陆，地球发出的信号被月球本身阻隔，所以必须通过中继星才能与“嫦娥四号”联系上。“鹊桥”运行在拉格朗日L2点的轨道上，这一独特的轨道使它既能和月球背面的“嫦娥四号”联系，也能和地球上的测控站联系。单独的中继星价值不菲，但这钱花得绝对值。要知道，人类已经发射了数十个月球探测器，还没有一个在月球背面着陆呢！中国的“嫦娥四号”将填上这个空白，给我们带来月球背面神秘的信息。

“嫦娥四号”探测器包含着陆器和月球车，其探测设备为此次探月任务做了相应的调整。就像我们外出旅游时会带上数码相机或拍照的手机一样，“嫦娥四号”作为去月球“深度旅游”的探险家，其着陆器装备了降落相机和地形地貌相机，月球车还带着全景相机、探测月球内部结构的测月雷达和分析月球表面成分的红外光谱仪。这些仪器将在从未有探测器踏足的月表地区进行探测，拍摄我们无法想象的奇景，也许一不小心就能出大新闻呢！

按照计划，“嫦娥四号”将在月球背面的冯-卡门陨石坑着陆。这个大坑位于南极-艾特肯盆地西北部。该盆地直径约2400千米，是全太阳系最大最深的陨石坑，它很可能暴露月幔这样的月表下层结构，从而让我们得以研究月球乃至其他星球的早期演化历史。美国航空航天局（NASA）早已盯上这块风水宝地，在2013—2022年的十年调查报告中，NASA将南极-艾特肯盆地取样返回列为6个任务主题之一。如今“嫦娥四号”抢先一步，捷足先登，希望能够为我们带来好消息。

另外，“嫦娥四号”还有一个得天独厚的“洁净”的电磁环境。如前文所说，“嫦娥四号”在月背着陆，需要专门的中继星才能保障和地球的通信。反过来我们可以知道，因为地球的电磁波被月球阻隔，无法到达月球背面，所以“嫦娥四号”不会受到电磁干扰。利用这个特殊的“安静”环境，“嫦娥四号”的着陆器将携带低频射电频谱仪，聆听宇宙深处的“声音”！

“嫦娥四号”还肩负了很多国际合作任务，它的着陆器、月球车和“鹊桥”，携带了来自荷兰、瑞典和德国等国家的探测仪器。比如德国的中子辐射剂量探测仪，能探测着陆区的辐射剂量，为未来登上月球的航天员的辐射防护提供研究依据。现在的无人探月项目，终究都是为载人登月和建立月球基地做开路先锋的。

科普载荷 微生物圈

最后，“嫦娥四号”对我们中学生来说，还有一层更亲切的意义。以往的月球探测器所携带的仪器、所专注的目标，听起来都充满了高科技含量，虽然格外的“高大上”，但多少也有点“不明觉厉”呀！而“嫦娥四号”除了这些高科技项目外，还专门携带了科普载荷，这可是有史以来独一份啊！

2015年12月，为了激发社会公众，尤其是青少年对科学和航天探索的热情，中国国家航天局等机构面向全国的大中学生和航天爱好者，征集创新性佳、科普效果好的载荷。此项活动共征集到257个创意设计，经过专家评议初选后，有20项入围终审，并公开接受群众投票。最后登上“嫦娥四号”探测器的“月面微型生态圈”项目，网络得票数很高。

这个项目是一项月球微型循环生态系统设计，由重庆大学牵头设计。装置总重约3千克，原计划放置乌龟、仙人掌等，最后确定搭载拟南芥种子、马铃薯种子、蚕茧和昆虫卵、土壤、水和空气。植物种子萌发，幼苗生长；虫卵孵化，幼虫生长，蛹破茧成蝶……形成物质循环（如下图）。装置中配备了摄像头，可以录制并播放里面发生的一切。在空间站拍摄地球表面，大家已司空见惯了；在月球表面直播微型生态圈，还是世界头一遭吧？这将是“嫦娥四号”任务中一个极大的看点，也为我们广大中学生认识航天、月球和生物圈提供了绝佳的机会。未来，我们不但将登上月球，还要在月球上建立有人的月球基地。“嫦娥四号”的微生物圈，就是为这个伟大的目标打前站！