“嫦娥四号”在西昌成功发射升空 将在月背软着陆

“……3、2、1，点火！”伴随着巨大的火箭轰鸣，肩负着亿万中华儿女的探月飞天梦想，12月8日2时23分，我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，开启了月球探测的新旅程。

嫦娥四号探测器后续将经历地月转移、近月制动、环月飞行，最终实现人类首次月球背面软着陆，开展月球背面就位探测及巡视探测，并通过已在使命轨道运行的“鹊桥”中继星，实现月球背面与地球之间的中继通信。

嫦娥四号任务的工程目标，一是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；二是研制发射月球着陆器和巡视器，实现国际首次月球背面软着陆和巡视探测。

嫦娥四号的科学任务主要是开展月球背面低频射电天文观测与研究；开展月球背面巡视区形貌、矿物组份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。

为增进国际交流与合作，扩大开放共享，嫦娥四号任务中，与荷兰、德国、瑞典、沙特开展了4项科学载荷方面的国际合作，搭载了3项由哈尔滨工业大学、中山大学、重庆大学等国内高校研制的科学技术试验项目。

嫦娥四号任务于2016年1月经国务院批准正式实施，包括中继星和探测器两次任务。“鹊桥”中继星于2018年5月21日在西昌卫星发射中心由长征四号丙遥二十七运载火箭成功发射，进入环地月拉格朗日L2点使命轨道，目前状态正常。

探月工程重大专项由国防科工局牵头组织实施。嫦娥四号任务由工程总体及探测器、运载火箭、发射场、测控、地面应用五大系统组成。其中，工程总体由国防科工局探月与航天工程中心承担；中继星、探测器、运载火箭分别由中国航天科技集团有限公司中国空间技术研究院、中国运载火箭技术研究院、上海航天技术研究院研制生产；发射和测控任务由中国卫星发射测控系统部负责；地面应用系统由中国科学院国家天文台承担，有效载荷由中国科学院和中国航天科技集团有限公司相关单位研制。此次发射任务是长征系列运载火箭的第294次发射。

嫦娥四号奔月难在哪里？专家细数五大技术难点

文汇报 作者：张晓鸣

今天凌晨，长征三号乙运载火箭成功将嫦娥四号探测器送入地月转移轨道。

嫦娥四号的目标是实现两个“第一次”：第一次实现人类探测器月球背面软着陆；第一次实现人类航天器在地月L2点对地对月中继通信。那么，技术难点在什么地方？

难点一：着陆艾特肯盆地

嫦娥四号首选着陆区为月球南极-艾特肯盆地。

航天科技集团上海航天嫦娥四号副总指挥兼副总设计师张玉花介绍，与嫦娥三号的虹湾着陆区相比，虹湾的整体趋势较为平坦，但艾特肯盆地的地形就比较崎岖，撞击坑大而且分布密集，这就对探测器着陆区的选择和着陆精度提出了很高的要求。由于着陆区在月球背面，使得着陆器和巡视器无法同地球直接通信，必须用中继星中继的方式；同时在动力下降过程中，着陆器也不能对地直接通信，只能通过中继星进行上下行操作，这些都是此次任务的难点。”

此外，巡视器还要面对月球表面昼夜温差变化大、低重力环境以及细小微尘的污染等问题。在整个任务过程中，设计团队为巡视器定义了感知、移动、探测、充电、安全、月昼转月夜、休眠、月夜转月昼七种工作模式，以应对不同工作环境、适应不同工作状态的要求。

难点二：通讯延时

月球的一面永远对着地球，而另一面永远背对着地球。嫦娥四号任务与嫦娥三号任务首要的不同就是探测器降落落点由月球正面改为了月球背面，使得探测器与地球的直接通讯信号受到月球遮挡，必须通过“鹊桥”中继星进行信号中转。但是随之带来的是地球与巡视器间的通讯时延大大增长。

此次从指令发出到行动图像传回至少有数分钟的延迟，对于巡视器的移动和机构活动有较明显的影响。为此，设计人员计算并设定了巡视器每项行动的最大耗时，连同每次行动指令一同发送，同时赋予巡视器一定的自主功能，以便有效应对可能的突发状况。

嫦娥四号巡视器测控数传分系统不仅要承担与着陆器的数据通信的功能，还要与中继星进行遥测和数据传输。“测控数传分系统有5种工作模式，我们在设计中充分考虑了冗余设计，使得各设备形成热备份。大大提高了系统的可靠性。”804所测控分系统主任设计师汪莹介绍。

难点三：月夜低温挑战

一个月夜相当于地球上14天。同时，月夜最低温度可达到零下180度。在没有光照的漫长黑夜里，对于依靠太阳能提供能量的嫦娥四号着陆器和巡视器来说，如何依靠自身存储的能量安全度过月夜将是一个很大的挑战。

面对这一难题，研制人员提出了休眠唤醒的概念。当太阳缓慢地升起时，着陆器和巡视器将开始忙碌的十四天工作——着陆器在原地实施科学探测，巡视器则“东奔西走”开始探测。当月夜降临时，巡视器会为自己找好栖身之所，收起桅杆，合上太阳翼，开始休眠。一直到太阳照射到月球车太阳翼的电池片上，唤醒“沉睡”的巡视器和着陆器，开启又一次勘测。

“嫦娥四号采用了目前国内最先进的高效三结砷化镓太阳电池，光电转换效率从原先的28.6%提升到30.84%。”811所探月工程太阳电池电路负责人陈城介绍。新的电池在光电转换效率、输出电压、输出电流、抗辐照能力、旁路二极管压降及重量等技术指标上均优于原电池，其可靠性也已经过多个型号的在轨及地面考核验证。

难点四：月背严苛环境

月球背面长期受到陨石的冲击，存在较正面月表环境更严苛，巡视器行进过程中可能面对更多挑战。为此团队在嫦娥三号的基础上对巡视器移动能力进行了进一步加强，特别是在应对意外状况方面，开展了多项系统试验，并把每一个试验变化分解成多个环节，逐一开展详细验证。对如石块落入车轮内部、驱动机构频繁启停、以及巡视器极限移动能力等状况均进行了逐一测试，并形成了应对方案。

团队通过严苛的筛选和试验，最终在仅增加50克重量的有限措施下，完成了电缆防拉脱力从22N提升到48N，整整将相应指标提高了一倍多，同时加强了电缆的耐磨性和驱动控制模块设计冗余，有力的支撑了嫦娥四号巡视器征战月球背面之行。

难点五：产品贮存时间长

产品贮存时间长，是团队在研制嫦娥四号时没法绕开的问题。研制团队将电源分系统等产品经过验证后使用，而移动机构、桅杆机构、太阳翼基板等产品几乎与嫦娥三号同步生产，到嫦娥四号计划发射的2018年，已经整整过去5年，超出了原有贮存期。

到底是沿用原来的产品，还是重新投产，团队决定用数据说话。结合嫦娥四号本身产品的热试验、力学试验、展开试验等性能测试、验证，确认已投产的嫦娥四号太阳翼基板经过地面贮存5年，其性能能够满足嫦娥四号任务需要，可以直接沿用。最终，按照机构产品重新研制确保产品性能可靠；结构产品经复测性能符合要求继续使用并按要求进行环境试验的方式，最大程度的兼顾了研制进度和产品质量。