科技 新浪科技 揭秘|嫦娥四號的五大非凡之處

揭秘|嫦娥四號的五大非凡之處

新浪科技 2018-12-08 07:05

  來源 中國空間技術研究院

  作者 潘晨

  嫦娥四號是不是嫦娥三號的備份或者複製品?不少「航天迷」朋友們心中存有這個疑問。

  據抓總研製嫦娥四號探測器的中國空間技術研究院(以下簡稱「研究院」)的科研人員介紹,備份的確是嫦娥四號原本的使命,但在「三姐」圓滿完成任務后,「四妹」被賦予了新的擔當——實現人類首次月球背面軟著陸和巡視勘察。可以說,這是一次真正意義上的首飛,也隨之帶來了一系列的新問題、新挑戰。為此,研究院科研人員精心設計與研製,使嫦娥四號「脫胎換骨」,成為與「三姐」不同的全新的航天器。備份變首飛,讓我們通過五大不同來領略嫦娥四號的非凡之處。

   科學目標不同

  嫦娥三號任務的科學目標是「測月、巡天、觀地」,即開展月球形貌與地質構造調查,開展月表物質成分和可利用資源調查,進行月球內部的結構研究和日-地-月空間環境探測與月基天文觀測。

  而嫦娥四號任務的科學目標都是在月球背面完成的,包括實現月基低頻射電天文觀測,月球背面巡視區形貌、礦物組份探測和月球背面巡視區淺層結構探測。「因為沒有別的探測器到過月球背面,所以不論是探地形還是探月壤成分,應該都是人類第一次獲得一手數據」,嫦娥四號探測器項目執行總監張熇說。

   工程目標不同

  通過實施重大航天實踐推動工程的進步,是中國航天跨越發展的重要途徑和經驗,月球探測工程更是如此。嫦娥三號任務的工程目標有三個:突破月面軟著陸、月面巡視勘察;研製月面軟著陸探測器和巡視探測器,建立地面深空站;建立月球探測航天工程基本體系,形成重大項目實施的科學有效的工程方法。習近平總書記評價:「嫦娥三號任務圓滿成功,為我國航天事業發展樹立了新的里程碑,在人類攀登科技高峰征程中刷新了中國高度!」

  站在這樣的起點上,嫦娥四號向著更高的山峰攀登,將任務的工程目標鎖定在兩個「首次」:國際上首次實現月球背面軟著陸和巡視勘察;首次實現地月L2點中繼星對地對月的測控、數傳中繼。

   有效載荷不同

  嫦娥四號與嫦娥三號的身形和「骨架」相同,攜帶的裝備卻大為不同。

  嫦娥三號攜帶的有效載荷大致可以分為三類:第一類是用來觀察月球的。主要設備包括全景相機、地形地貌相機、測月雷達等;第二類是用來觀測宇宙的。主要由月基光學望遠鏡承擔;第三類是用來觀察地球周圍的等離子層,各有各的用處,相互配合。

  嫦娥四號即將降落的月球背面,對於不少科學研究來說具有天然的優勢。「月背非常『乾淨』,可屏蔽地球無線電干擾」,嫦娥四號探測器項目執行總監張熇說。因此,根據著陸區域和科學目標的變化,科研人員對嫦娥四號攜帶的科學載荷做了很大的調整,把8台有效載荷帶往月球背面馮·卡門撞擊坑。著陸器攜帶地形地貌相機、降落相機、低頻射電頻譜儀等四台有效載荷和一台生物科普載荷,巡視器上共攜帶全景相機、紅外成像光譜儀、測月雷達等4台有效載荷。值得一提的是,嫦娥四號探測器攜帶了2個「國際范兒」的有效載荷,分別由德國和瑞典研製。

   著陸環境不同

  嫦娥三號著陸區是月球正面的虹灣。那裡布滿了月海玄武岩,地勢較為開闊、平坦,位於大型撞擊坑、月海、高地(山脈)交匯地區,有利於科學勘察目標的選擇,當然也有利於與地球的通信聯繫。

  據探測器系統項目產品保證經理吳學英介紹,嫦娥四號的主著陸區為月球背面靠近南極一個叫馮·卡門撞擊坑的地方,這裏著陸區面積比虹灣地區小了許多,因為月球背面山峰林立,大坑套小坑,很難找出再大一些、平坦一些的地方,供嫦娥四號安身。因此,嫦娥四號著陸器在凸凹不平「巴掌大」的地方軟著陸,需要具有比嫦娥三號更準確的著陸精度。

   通信方式不同

  不論人類的探測器飛到多遠,都需要深空測控通信系統作為聯絡的「紐帶」。由於深空任務周期長、通信時延大、鏈路帶寬有限、信號微弱等原因,使得深空測控通信實現起來更為困難,無論對星上設備還是對地面設備等都帶來新的挑戰。對於落在被月球遮擋、沒有任何通信信號地方的嫦娥四號來說,通信顯得難上加難。它無法向嫦娥三號那樣直接和地球上的親人們取得聯繫,「飛鴿傳書」的任務就落到「鵲橋」中繼衛星的肩上。

  通過早先發射並成功架設在地月拉格朗日L2點的中繼衛星,實施與地面的通信信號「接力」,嫦娥四號才得以與地球保持聯絡。

  除了以上五大不同,研製隊伍聚焦新任務、新環境、新狀態、新風險,從軌道設計、動力下降策略、休眠喚醒策略等方面進行了系統設計,突破一系列必須解決的關鍵技術,同時制定了符合任務特徵的故障預案,全力鑄就嫦娥四號非凡之旅。

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