“背面著陸 ” 有三大技術(shù)難點(diǎn)

　　要完成這個“前無古人”的月球背面之旅，嫦娥四號面臨主要三個主要技術(shù)難點(diǎn)：一是地月拉格朗日L2平動點(diǎn)軌道精確設(shè)計與控制；二是地月拉格朗日L2點(diǎn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)中繼；三是復(fù)雜地形環(huán)境下的安全著陸等 。突破這些技術(shù)難點(diǎn)，將實(shí)現(xiàn)三個國際首次、一個國內(nèi)首次。即，國際上首次月球背面軟著陸和巡視探測，國際上首次月球拉格朗日L2點(diǎn)中繼與探測，國際上首次月基低頻射點(diǎn)天文觀測，國內(nèi)首次實(shí)測月夜期間淺層月壤溫度。這一重大科學(xué)創(chuàng)新工程的實(shí)施，無疑將推動航天技術(shù)和其他科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

　　深空測控通信系統(tǒng)是人類與深空探測器聯(lián)系的通道和紐帶，在深空探測任務(wù)中起著關(guān)鍵的作用。由于深空任務(wù)周期長、通信時延大、鏈路帶寬有限、信號微弱、數(shù)據(jù)更加關(guān)鍵可貴等一系列原因，使得深空測控通信實(shí)現(xiàn)起來更為困難，無論對星上設(shè)備還是對地面設(shè)備等都帶來新的挑戰(zhàn)。通信方式不同是嫦娥四號與嫦娥三號相比最大的不同。嫦娥三號與地球的通信聯(lián)絡(luò)由地面站和海上遠(yuǎn)洋測量船來完成。而由于月球正面的遮擋，月球背面沒有通信信號，無法與地球?qū)嵤┻m時通信，因此，嫦娥四號與地面的通信聯(lián)絡(luò)要由“鵲橋”中繼衛(wèi)星擔(dān)任，借助架設(shè)在地月拉格朗日L2點(diǎn)的中繼衛(wèi)星，實(shí)施與地面的通信信號“接力”。

　　2018年5月21日，第一次發(fā)射——嫦娥四號中繼星“鵲橋”由長征四號丙運(yùn)載火箭成功發(fā)射升空。經(jīng)過1次中途修正，于5月25日到達(dá)近月點(diǎn)，在成功實(shí)施近月制動后，順利進(jìn)入月球至地月拉格朗日L2點(diǎn)的轉(zhuǎn)移軌道。6月14日，“鵲橋”中繼衛(wèi)星實(shí)施軌道捕獲，進(jìn)入環(huán)繞距月球約6.5萬千米的地月拉格朗日L2點(diǎn)的Halo使命軌道，成為世界首顆運(yùn)行在地月拉格朗日L2點(diǎn)Halo軌道的衛(wèi)星，在此軌道陸續(xù)開展在軌測試和中繼通信鏈路聯(lián)試后，等待“嫦娥”的到來。

　　“鵲橋”中繼衛(wèi)星攜帶了一副展開后口徑達(dá)近5米的傘狀天線，在人類上天的深空探測器上，還沒有這么大口徑的通信天線，它直指地球在月球背面和地球之間架設(shè)了一個宏偉的信息高速橋梁。除了這副最大天線外，研制人員還給它配備了多副小一些的天線，通過這些天線，不僅可以將地面的測控指令說給巡視器聽，還可以聽清楚巡視器都“說了些啥”。

　　2018年5月21日，第一次發(fā)射——嫦娥四號中繼星“鵲橋”由長征四號丙運(yùn)載火箭成功發(fā)射升空。 中國航天科技集團(tuán)有限公司 圖為迎接嫦娥四號的到來，2018年11月9日~11月23日，五院研制人員又對“鵲橋”中繼星進(jìn)行了一次在軌的“體檢”。“體檢”報告顯示，“鵲橋”非常健康！中繼星將在使命軌道上繼續(xù)“遨游”，靜待嫦娥四號探測器，屆時，嫦娥四號將在數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星的引導(dǎo)下，安全著陸在月球背面南極馮⋅卡門撞擊坑附近。

　　嫦娥四號首選著陸區(qū)為月球南極馮⋅卡門撞擊坑的艾特肯盆地。“與嫦娥三號的虹灣著陸區(qū)相比，虹灣的整體趨勢較為平坦，但艾特肯盆地的地形就比較崎嶇，撞擊坑大而且分布密集,這就對探測器著陸區(qū)的選擇和著陸精度提出了更高的要求。” 中國航天科技集團(tuán)有限公司八院（上海航天技術(shù)研究院）嫦娥四號副總指揮兼副總設(shè)計師張玉花指出，“由于著陸區(qū)在月球背面，使得著陸器和巡視器無法同地球直接通信，必須用中繼星中繼的方式；同時在動力下降過程中，著陸器也不能對地直接通信，只能通過中繼星進(jìn)行上下行操作，這些都是此次任務(wù)的難點(diǎn)。”

　　此外，巡視器還要面對月球表面晝夜溫差變化大、低重力環(huán)境以及細(xì)小微塵的污染等問題。比如，月球的重力只有地球的1/6，我們要針對這種低重力環(huán)境，對巡視器的移動速度、距離、越障能力等狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行充分的應(yīng)對。

　　張玉花介紹說，此次嫦娥四號八院承擔(dān)了嫦娥四號著陸器、巡視器五個半分系統(tǒng)的研制任務(wù)，包括巡視器移動分系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)、測控數(shù)傳分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)、綜合電子分系統(tǒng)移動/機(jī)構(gòu)控制與驅(qū)動組件、著陸器一次電源分系統(tǒng)。