“嫦娥”来告诉你：月球背面有没有外星人

张熇

作者简介：张煸（hè），中国空间技术研究院嫦娥四号探测器项目执行总监、副总设计师，毕业于北京航空航天大学，多年來一直从事月球探测器总体技术研究，曾任中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院空间科学与深空探测总体室主任。张煸见证了嫦娥一号奔月，亲身参与了嫦娥三号诞生的每一个环节，又成为嫦娥四号探测器项目的执行总监，对于“三姐”“四妹”，她倾注了非同一般的情感。

“嫦娥”迈出创新一步——揭秘月球

“飞到月亮上去”，这是人类千百年来的梦想。1969年，阿波罗11号飞船载人登月，美国宇航员阿姆斯特朗在月球上留下了人类的第一个脚印。人类曾对月球展开了100多次探索，而月球的背面却从未“涉足”。直到2019年1月3日，我国的嫦娥四号探测器成功实现了人类月球探测器在月球背面的第一次软着陆，完成了人类航天史上的又一项壮举。

嫦娥四号为世界首个在月球背面软着陆且能巡视勘测的航天器，它的主要任务是在月球表面继续更深层次、更全面地科学探测月球地质、资源等方面的信息，完善月球的档案资料。截至2021年10月，嫦娥四号着陆器与玉兔二号月球车在轨工作突破1000天，继续刷新月球背面工作记录。嫦娥四号着陆器与玉兔二号月球车整体工况良好，载荷工作正常，正在持续开展科学探测。

那么，嫦娥四号登月后，到底在月球背面看到了什么？月球背面到底是什么样的呢？

月球正面大量分布着由火山喷出的玄武岩熔岩流填充的巨大撞击坑，形成了广阔的平原，我们称之为“月海”，实际上“月海”中一滴水也没有。而月球背面的结构和正面差异较大，月海所占面积较少，而撞击坑则较多。地形凹凸不平，起伏悬殊最长和最短的月球半径都位于背面，有的地方比月球平均半径长4公里，有的地方则短5公里（范德格拉夫洼地）。月球背面的月壳比正面厚，最厚处达150公里，而正面月壳厚度只有60公里左右。造成这种现象的原因，可能和背面艾特肯盆地的地质年代、演化有关系。2019年5月16 H，中国科学院国家天文台宣布，由该台研究员李春来领导的研究团队利用嫦娥四号的探测数据，证明了月球背面南极-艾特肯盆地存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质，并在Nature （《自然》）上发表了该科研成果。

嫦娥四号的科学目标主要是，开展月球背面低频射电天文观测与研究，以及月球背面巡视区形貌、矿物组成及月表浅层结构探测与研究;试验性开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究。说到这里，同学们可能要失望了，因为暂时没有在月球背面发现外星人，也没有发现什么太空基地。

“鹊桥”为通信牵线搭桥

月球背面，就是月球永远背对地球的那一面。嫦娥四号探测器不仅要解决相隔38万多公里的地月传输距离，还要隔着月球球体进行数据传输。目前，地球上的测控中心无法将信号穿透月球，直达月球背面。那么，如何解决这个通信难题呢？

在确定嫦娥四号要去月球背面执行任务时，首先要解决的问题就是如何通信。科学家们最终选择在离月球背面大概6.5万公里的拉格朗日L2点环绕轨道上，运行一颗中继卫星——“鹊桥”，以此进行地月连线。这样的优势在于，“鹊桥”在这个点始终能看到月球的背面;同时通过轨道设计，“鹊桥”卫星也始终能与地球通信。

“鹊桥”重400多公斤，携带一个长4.2米的天线，呈网状，似雨伞，可伸展和收缩。如此一来，“鹊桥”就可以接收着陆器、巡视器从月球背面发出的信号;然后通过“鹊桥”再往地球发射信号，来完成中继通信服务。

嫦娥四号在月球上的生活作息

“鹊桥”中继卫星架起了月球背面到地球的通信桥梁。月球与地球相似，也有白天和黑夜。月球自转一周的时间，大约相当于地球上的27天;所以，月昼和月夜时间都相当于地球上的14天。而嫦娥三号、嫦娥四号探测器都是月夜休眠、月昼唤醒的工作模式。这是为什么呢？

这是由月球的环境所决定的。首先，月夜期间没有光照，月壤导热系数小;其次，和地球相比，月球没有大气层的保护，进入月夜以后，月球表面温度会很快下降到零下180多摄氏度。在这样的环境中，探测器没有足够的能量长时间工作。因为同样的原因，在月昼，太阳光一直照射，导致月球表面温度会非常高。这些因素都是探测器在月球上工作的严峻挑战。

科研团队为此特别设计了月夜休眠、月昼唤醒的工作模式。因为探测器需要太阳能来支撑工作，所以当月昼来临时，探测器吸收太阳能来唤醒和开展工作;当进入月夜时，探测器除定时控制电路、月夜温度采集器以外的设备全部断电，进入休眠时间。

为了保证探测器和巡视器能够安全稳定地度过寒冷的月夜，科研团队通过引用同位素源来供应热量，提供给舱内设备基本的储存温度。等到唤醒的时候，太阳光照射到太阳能板上，就产生电流;当电流达到稳定的状态时，探测器就会主动唤醒，并恢复通信，开展工作。

“嫦娥”家族的丰功伟绩

从嫦娥一号开始，中国的探月之路一步一个脚印，逐步推进，屡创奇迹。嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥四号、嫦娥五号试验器以及嫦娥五号分别树立了哪些里程碑呢？

嫦娥一号于2007年实现环月探测，其主要科学任务是环月遥感探测，进行普査性质地拍照和对月球表面成分、环境开展探测。当时中国的航天器，最远只能涉足离地球五六万公里的地方。而嫦娥一号到达了38万公里外的月球附近，实现了从近地走向深空的第一步。

嫦娥二号在嫦娥一号的基础上，于2010年完成更高分辨率的环月探测。同时，嫦娥二号在执行拓展任务时，探测了图塔蒂斯小行星。嫦娥二号的设计飞行距离是几十万公里，但是完成了所有任务以后，科学家决定让嫦娥二号进行深空探险，如今它已飞到距地球1亿公里以外的太空。

2013年，嫦娥三号是中国第一个着陆月球并携带着陆器、巡视器进行表面详细实地勘测的探测器，中国也由此成为世界上第三个实现在月球着陆的国家。

2014年，我国发射为嫦娥五号探路的再入返回飞行試验器，模拟了嫦娥五号奔月、绕月、返回的全过程，并对跳跃式再入返回技术成功进行了验证，使我国成为继美、苏之后，世界上第三个成功实施航天器从月球轨道重返地面的国家。

2018年12月8 H，嫦娥四号由长征四号丙运载火箭携带发射升空，并随后正常开展各项工作。这是人类第一个着陆月球背面的探测器，标志着中国实现了国际首次月球背面软着陆和巡视探测、地月拉格朗日L2点的测控及中继通信。

嫦娥五号，是中国首个实施无人月表取样返回的月球探测器，2020年11月24 H，长征五号遥五运载火箭携带嫦娥五号发射升空。12月17日凌晨，嫦娥五号的返回器携带在月球上采集的样品，采用半弹道跳跃方式再入返回，在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。这也代表着中国探月工程“绕、落、回”三步走的收官之战，圆满完成。

航天人的科研挑战

一个个里程碑的树立，“嫦娥”家族的探测器功不可没。同时，探月工作也需要一个非常庞大的系统工程作为支撑，包括运载火箭系统、发射场、地面测控系统、地面应用系统等，而这些背后更离不开一代代航天人的匠心和努力。

在探月领域，航天人还将迎接哪些挑战呢？

目前，科学上只探寻了一些局部的点，而对月球的全面认识，包括起源、演化、内部构造等，还有很多未解答的问题。技术上有以下三个挑战：

一是更崎岖的地形。现在涉足的地方是相对平坦的中、低纬地区，是一些相对平整的坑。但是月球的南、北极地区是非常崎岖的，比如局部一些高山。目前，在技术能力上，探测器还很难达到精确、安全地在各种复杂地形着陆。

二是更恶劣的热环境。月球南极的资源相对比较丰富，同时，月球的南极也有着更恶劣的环境。阳光照射更少，甚至还有永久阴影坑，目前我们的探测器还没有能力去这些地方进行长时间探测。

三是更深层的月表探测。如今进行的月球表面探测属于浅层探测，在月球的深层内部结构中，例如对熔岩管结构的探测，目前还无能为力。

嫦娥探月工程见证了我国综合国力的提升，见证了中国科技创新的飞跃，我们将一步步实现载人登月和建立月球基地的梦想。未来，更多宇宙深空的奥秘等你们来揭示。

亲爱的同学们，祖国的未来是掌握在你们手中的，希望你们在青少年时期做好知识的积累、身体的积累、品格的积累，能够从小树立远大的志向，抱着为民报国的志向努力完善自己，在未来把人生价值的实现和祖国的强盛紧密地结合起来！

（编辑文墨

实习编辑陈哲怡）