嫦娥四号要去哪儿——
首落月背,一路考验前所未有
对于人类航天探测来说,月球背面至今仍是一块“处女地”。
古往今来,人们在地球上永远只能看到月球的正面。未知的月球背面引起了人们的无穷想象。有人说月球背面是外星人的基地,有人说月球背面有金字塔、有巨石阵……
月球背面到底有什么?
月球背面有与正面截然迥异的地形地貌。从成分上看,月球正面的月海玄武岩覆盖面积约占正面的60%,而背面几乎都是高地斜长岩;从形貌构造上看,背面撞击坑的密度明显大于正面;从年龄上看,背面更古老。
月球背面分布着整个太阳系固体天体中最大最深的盆地——艾特肯盆地。这个盆地正是此次嫦娥四号的目的地。盆地直径约2500公里,深约12公里,其90%的面积都分布在月球背面,只有一小部分在月球正面。探索艾特肯盆地,有助于解开月球演变之谜,是各国科学家早已有之的设想。
由于月球正面的遮挡,月球背面还有各国天文学家梦寐以求的干净电磁环境。在这里开展低频射电天文观测,可以填补射电天文领域在低频观测段的空白。
欧空局很多年前就专门策划了一个项目,就是在月球背面开展低频射电探测,最后由于种种原因未能实现,嫦娥四号携带的低频射电探测仪,有望实现这一目标。
然而,要实现航天器在月球背面软着陆,并不容易。
在过去的半个多世纪里,人类发射了100多个月球探测器,其中有65个月球着陆器,至今没有任何一个月球探测器能够实现在月球背面着陆。
地月之间通信是探索月球背面的首要难题。由于月球整体的遮挡,月球背面与地面无法建立直接、实时的通信。对于航天测控来说,这里是测控的禁区。
我国科研工作者们为破解这一难题给出了独特的中国方案。
今年5月21日,我国在西昌卫星发射中心发射了“鹊桥”中继卫星。“鹊桥”工作在距月球约6.5万公里的地月拉格朗日L2点的使命轨道上,在这个安静了几十亿年的地方接通“WiFi路由器”,在地面和月球背面之间架起了信息“天桥”。
不过,使用中继卫星解决地月通信问题的同时,也有新的问题需要解决。
在嫦娥四号探测器着陆过程中,地面之间要通过“鹊桥”同时实施对着陆器、巡视器以及“鹊桥”本身的测控与通信。北京飞控中心总调度刘冰将其形容为“一条道路上同时跑三辆车”,如何在每辆“车”最需要的时候把“道路资源”合理调配给它,需要非常精准的管理。
更大的风险在于着陆区的地形。由于月球背面撞击坑较多,地形崎岖,嫦娥四号的着陆区域大小只相当于嫦娥三号的二十分之一。
这次着陆的难度和风险都是前所未有的。这将是一次定时定点的着陆,着陆点是否有山脉遮挡阳光、阻碍通信,着陆的时机选取是否恰当……很多因素都可能影响嫦娥四号落月成败。