嫦娥四号的难点与突破

黄志澄

2019年1月3日，中国发射的嫦娥四号探测器实现了人类首次月球背面软着陆，并开展一系列月球背面的巡视探测。

这是人类一次前所未有的太空探秘旅程，也是太空探索技术的一次重大创新，充分证明了中国航天的创新能力。当天，美国国家航空航天局局长吉姆·布里登斯廷（Jim Bridenstine）在社交网络平台推特（Twitter）发文向中国嫦娥四号团队表示祝贺，称“这是人类史上的首次，更是一项令人印象深刻的成就！”

由于月球自转周期恰好等于公转周期，且都是逆时针方向，加上被地球潮汐锁定，地球强大的引力让月球总是一面朝向地球。因此，地球上的人类永远只能看见月球正面，看不见月球背面。

1959年10月7日，苏联“月球3号”探测器传回第一张月球背面的照片。1968年，美国“阿波罗8号”进行首次环绕月球轨道的载人航天任务时，宇航员第一次看到了月球背面。此后直到中国嫦娥四号，世界各国共约发射了100多个月球探测器，其中包括60多个月球着陆器，但没有任何一个月球探测器实现在月球背面软着陆。

整体而言，月球背面和正面差异很大。月球背面月壳比正面更厚，在物质成分、形貌构造、岩石年龄等方面也有很大不同。究竟是什么原因，众说纷纭。揭开这个未解之谜，对人类认识月球甚至认识宇宙都有十分重要的意义。

针对月球背面进行探测，还可以推动月基科学研究的不断深入。月球背面没有来自地球无线电波的干扰，是进行射电天文观测的最佳场所。开展月基低频射电天文观测研究，可以进一步认识月球的演化细节，研究宇宙起源和星球起源等；而对月表环境的探测，可以研究宇宙粒子辐射和太阳风等。

实现这次“前无古人”的月球背面之旅，嫦娥四号攻克了三个主要技术难点：一是复杂地形环境下的安全着陆问题。嫦娥四号首选着陆区为月球南极的艾特肯盆地。與嫦娥三号着陆区整体较为平坦不同，艾特肯盆地地形比较崎岖，撞击坑大且分布密集，对探测器着陆区的选择和着陆精度提出了更高要求。二是测控通信问题。由于月球正面的遮挡，月球背面没有通信信号，无法与地球实施适时通信，因此，嫦娥四号与地面的通信联络要由“鹊桥”中继卫星担任。“鹊桥”中继卫星设在地月拉格朗日L2点，携带了一副展开后口径达近5米的伞状天线，它是人类深空探测器史上最大口径太空通信天线。三是在月球背面的自主巡视技术。月球背面长期受到陨石冲击，比正面月表环境更加严苛。中国设计团队为巡视器设计了感知、移动、探测、充电、安全、月昼转月夜、休眠、月夜转月昼等八种工作模式，以应对不同工作环境、适应不同工作状态的要求。这些技术将为人类今后的月球探测及对太阳系其他行星（如火星）等的探测积累经验。

嫦娥四号完成任务过程中进行了广泛的国际合作，已成为太空探索国际合作的范例。嫦娥四号探测器上安装了与德国合作的月表中子及辐射剂量探测仪、与瑞典合作的中性原子探测仪等，中继星上还配置了荷兰低频射电探测仪，这些国际科学载荷与中国自主研制的科学载荷一起，在“陌生”的月背进行各种科学研究和试验。

嫦娥四号之后，中国还将进行嫦娥五号月球采样返回任务等一系列无人月球探测任务。可以预测，在世界范围内即将开启的新一轮月球大探测过程中，中国将对人类进一步认识月球乃至宇宙发挥更大更重要的作用。