嫦娥四号成功啦！_风闻

原创：牧夫天文

整合：陈艳玲

校对：陆寅枫 田程偲 汪荣鑫  

编排：胡暖暖

2019年1月3日10时26分，嫦娥四号探测器自主着陆在月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内，并通过“鹊桥”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图，实现人类探测器首次在月球背面软着陆并首次实现地月L2点中继星对地对月的测控、数传中继。举国欢庆之际，小编盘点了有关嫦娥四号的七个话题，帮助大家更好地了解嫦娥四号。

01

嫦娥四号要完成什么任务？

科学任务：

1.对月球背面地形、矿物组份及月表浅层结构进行研究。

2.在月球背面进行低频射电探测。

月球具有足够大的尺寸，能够有效地遮挡来自地球的低频电磁波干扰，因此月球背面是进行低频射电天文观测的最佳场所。嫦娥四号搭载了低频射电探测仪，射电低频波段的选择是世界首次。

3.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。

利用瑞典研制的中性原子探测仪，测量太阳风粒子在月表的作用。利用德国研制的月表中子与辐射剂量探测仪探测月表浅层的矿物结构。

工程目标：

1.研制发射月球中继通信卫星，实现国际首次地月拉格朗日L2点的测控及中继通信。

2. 研制月球着陆器和巡视器，实现月球背面首次软着陆。

02

嫦娥四号携带了哪些有效载荷？

嫦娥四号由着陆器和巡视器组成。她携带有8台有效载荷包括：着陆器携带地形地貌相机、降落相机、低频射电频谱仪等四台有效载荷和一台生物科普载荷。巡视器上共携带全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达等4台有效载荷。其中包括荷兰低频射电探测仪、德国月表中子与辐射剂量探测仪、瑞典中性原子探测仪和沙特月球小型光学成像探测仪4台国际合作科学载荷。

嫦娥四号外观构型

图源：新华社

03

嫦娥四号的时间线

2018年12月8日

2时23分

中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器。

2018年12月12日

16时45分

实施近月制动，顺利完成“太空刹车”，被月球捕获，进入了近月点约100公里的环月轨道。

2018年12月30日

8时55分

嫦娥四号在环月轨道成功实施变轨控制，顺利进入预定的月球背面着陆准备轨道。

2019年1月3日

10时26分

嫦娥四号探测器自主着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯卡门撞击坑内，实现人类探测器首次在月球背面软着陆。

嫦娥四号拍摄的首批月背影像图

图源：新华社

04

嫦娥四号是如何着陆的？

由于月背降落地形复杂，因此和嫦娥三号不同，嫦娥四号采取了先悬停，选取合适着陆点，再垂直着陆的方法。

从接近段开始，嫦娥4号上的光学成像仪介入，获取着陆区光学图像，由于嫦娥四号降落点选择在月球南极-艾特肯盆地，因此太阳光照是一个控制条件，根据这个条件我们也可以推测出嫦娥四号的落月时间。只有降落点光照条件良好，着陆区光学图像才能更清晰，着陆器因此也能够更好地识别月面大型障碍物。

在悬停段时，嫦娥四号着陆器高度大约距离月面100米左右，通过激光三维成像仪建立着陆区三维高程数据，此时的横向、纵向速度都为零，姿态正上，缩小着陆区范围。

接着，精细避障飞行开始，嫦娥四号着陆器高度开始进一步下降，从距离月面100米降低到30米左右，水平速度零，垂直速度值控制在每秒1.5米。从距离月面30米高度下降到月面，在关机传感器发出信号时，着陆器垂直速度应低于每秒3.8米，水平速度低于每秒1米，月面倾角小于8度，基本上可确保安全着陆。

月面着陆过程

图源：中国航天科工集团

05

为什么在月面软着陆这么难

嫦娥四号的月面着陆主要面对3个难关：

1.南极-艾特肯盆地地势崎岖且陨石坑众多，对着陆精度要求高。

2.需要掌握着陆时机，由于降落点光照条件越好拍摄的光学图像就越清晰，因此要在月背白天时且着陆轨迹终点在预定着陆区时再开始着陆。

3.通过“鹊桥”中继星进行通讯，通讯时延大大增加。因此采用了为指令设定时标的做法，地球提前向嫦娥四号注入指令，到预定时刻时触发时标嫦娥四号再执行指令。

月面着陆过程动画演示

图源：中国航天科工集团

嫦娥四号通过“鹊桥”中继星实现星地上下行通讯

图源：中国航天科工集团

06

为何选择冯·卡门陨石坑附近着陆

首先，选择月球背面的原因是由于人类从未探索过月球背面，月球背面有更多的陨石坑，而这种复杂地形的形成机制还不明晰。嫦娥四号作为人类首个在月背登陆的探测器，可以获得月背地形结构的第一手资料，是人类探索月球至关重要的一步。

嫦娥四号选择南极-艾特肯盆地的冯·卡门陨石坑作为最终着陆地。首先，南极-艾特肯盆地具有丰富的科学价值，巨大而古老，也许其表面会含有月球的上层地幔物质，可揭示月球的历史和演化。其次，冯·卡门陨石坑在南极-艾特肯盆地中地势稍显平坦，几乎没有妨碍着陆的障碍或斜坡，且陨石坑周围有很多新近的撞击坑，撞击可能会释放抛出物，很有科学价值。

月球轨道勘察相机拍摄的冯·卡门陨石坑图像

图源：NASA

07

未来展望

“嫦娥四号”属于“绕”、“落”、“回”中的“落”环节。接下来中国将发射嫦娥五、六号实现月面采样返回。

祝祖国航天事业越来越好！

『天文时刻』 牧夫出品

微信号：astronomycn

嫦娥四号月球背面着陆示意图

图源：北京航天飞行控制中心