嫦娥四号“盲降”700秒垂落月面步步惊心

2018年12月8日2时23分发射升空飞往月球2018年12月30日8时55分

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15分

从距离月面15公里处开始实施动力下降

着陆准备动力下降

姿态调整图为“玉兔”月球车拍摄的嫦娥三号着陆器，嫦娥四号是嫦娥三号的备份，其外形几乎完全相同

11时40分

着陆器监视C相机获取了世界第一张近距离拍摄的月背影像图并传回地球

（舍忆/制图）粗避障悬停成像

10时25分

嫦娥四号转入悬停模式，随后不一会儿便转入避障模式。月面着陆

10时26分24秒

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

在经过26天的“长途跋涉”并“养精蓄锐”之后，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——这项“月球远征”终于度过了最困难和最惊险的时刻，中国在“蟾宫后院”折桂！

1月3日10时15分，嫦娥四号迎来制动时刻，7500牛发动机开机，动力下降开始；10时21分，降落相机开机，开始抓拍落月全过程；10时25分，嫦娥四号转入悬停模式，随后不一会儿便转入避障模式。10时26分24秒，最激动人心的时刻终于到来：嫦娥四号探测器成功着陆，一切正常！ 嫦娥四号落月的一刻，74岁的中国航天科技集团五院深空探测和空间科学首席科学家、嫦娥一号卫星总设计师叶培建院士走向正在前排工作席的嫦娥四号探测器项目执行总监张熇，两代“嫦娥人”的手，紧紧地握在了一起。这一握，也让张熇这个嫦娥四号探测器研制团队里的“女当家”再也忍不住激动的心情，捂住脸当场流下了幸福的泪水……回顾这惊心动魄的近700秒，可以说是步步惊心，关关难过关关过——

挑战第一步地形险峻

6年前的嫦娥三号探测器是在先前嫦娥二号探月卫星所获取的超高分辨率图像的引导下迈出了中国人在月球上的第一步，而嫦娥四号则是在没有精确地形成像做参考的情况下踏出了全人类的在月球背面的第一步。

由于月球独特的形貌构造，嫦娥四号所去往的月球背面南极-艾特肯盆地地形状况要比月球正面复杂许多。与月球正面的“千里平畴”相比，月球背面遍布着大量的高山、撞击坑和环形山，地势十分陡峭，难以找到大片的平坦区域用于着陆。

因此中国探月工程总设计师吴伟仁比喻说：嫦娥三号好比降落在华北大平原，而嫦娥四号好比降落到中国西南的崇山峻岭中。“着陆时间短、难度大、风险高，对我们是一个很大的考验。”

挑战第二步垂直盲降

2013年嫦娥三号在软着陆于月球雨海西北部虹湾地区时，整个着陆过程所经区域地形起伏变化小，整体呈现为一个由南向北的缓坡，据了解，嫦娥三号月球正面着陆区地形起伏仅800米。而此次嫦娥四号着陆的月球背面南极-艾特肯盆地高山峡谷交错，整体地形忽高忽低，着陆区地形起伏达到了6000米。

吴伟仁说，嫦娥四号着陆区相当于嫦娥三号着陆区的八分之一，且落区周围有海拔10公里高的山，南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的海拔为负6公里，因而与嫦娥三号平滑的抛物线降落轨迹不同，在落月过程中嫦娥四号是接近垂直降落，嫦娥四号绝大部分继承了嫦娥三号月面软着陆技术，整个过程约700秒，全部依靠探测器自主完成，地面可通过鹊桥中继星看到降落过程，但不实施干预。

挑战第三步自主避障

这种着陆方式，将先前着陆器在主减速段结束后由斜向前运动的轨迹改为垂直向下定点运动的轨迹，与之相应的是嫦娥四号的着陆导航敏感器的性能就必须进一步提升，需要增加着陆导航敏感器的作用距离，使得嫦娥四号能够看得更远、飞得更稳、落得更准。

航天科技集团五院嫦娥四号探测器总设计师孙泽洲说：“我们对于月面地形的信息主要来自以前环月遥感数据，包含嫦娥一号、嫦娥二号以及一些国外卫星的遥感数据。但这些数据都不能给我们提供足够精度的地形信息，我们不可能知道哪个地方有大石头，更多的是整体的宏观信息和统计概率，最后着陆还是要靠探测器自主识别障碍与避障。”

挑战第四步精准减速

嫦娥四号着陆器总体主任设计师李飞介绍，落月阶段首先通过变推力发动机让探测器减速，将探测器相对月球的速度从1.7公里每秒降到接近为零，就像汽车刹车，然后调整探测器的姿态，垂直下降。

嫦娥四号探测器副总设计师吴学英说，探测器距离月面两公里左右时，先实施一次粗避障，通过光学成像利用太阳光造成地形的投影，来识别障碍，这时它可以识别大的陨石坑和大石块。

之后，嫦娥四号在距离月面100米处悬停，利用激光扫描来实现精避障，这时它能识别更小的障碍，同时也能识别地面的坡度，通过计算，寻找到一个较为安全的地点作为着陆点。

挑战第五步稳稳落月

然后探测器再次下降，最后距离月面2米时发动机停止工作，探测器以自由落体的方式降落。虽然嫦娥四号不怕黑、不恐高，却担心在着陆瞬间“闪了腰”。为此五院给它研制了4条强有力的“腿”，不仅能让它稳稳着陆，还能有效吸收着陆时产生的冲击力，防止它身上的设备被震坏。

嫦娥四号的腿学名叫“着陆缓冲机构”。每条腿都包含1个主腿和2个副腿，各有分工。着陆前，副腿推着主腿向外侧展开，锁定在规定角度；主腿负责在着陆时安全支撑、吸收冲击力。在嫦娥四号的腿上，还长着脸盆一样的圆形大脚掌，这种设计可以更好地防止它在着陆时摔倒。大脚掌外观简单，内部构造却十分复杂。其中央装有一个形状特别的金属结构，如同足弓，可以有效分散冲击力。脚掌里还填充了致密的蜂窝材料，以起到缓冲作用。

■特写

月背之旅 风险越高回报越大

在嫦娥三号任务成功实施以后，关于嫦娥四号要去哪儿？应该干些什么？曾引发不小的争议。

嫦娥四号探测器总设计师孙泽洲介绍：“嫦娥四号是嫦娥三号的备份，很多零部件与嫦娥三号一同设计生产，因而不能在设计上有太大变化。综合考虑各方面因素后，大家仍然选择去月球背面。”孙泽洲说。“去月球背面比去正面风险增大了很多，但从技术发展角度来讲，如果我们未来要建设月球科研站，就需要航天器能够高精度着陆。”孙泽洲称，解决了这次任务面临的挑战，可为后续的深空探测和小行星探测打下基础。

嫦娥四号月球车命名为“玉兔二号”

嫦娥四号任务月球车全球征名活动结果于3日揭晓，月球车命名为“玉兔二号”。2018年12月8日2时23分，探月工程嫦娥四号任务着陆器和巡视器（月球车）组合体发射升空，2019年1月3日10时26分成功着陆月球背面，随即着陆器与巡视器分离，开始就位探测和巡视探测。

■分析

探测月球背面 嫦娥四号或取得突破性发现

嫦娥四号降落的月球背面，高山和深谷迭现。中科院月球与深空探测总体部主任邹永廖说，月球背面具有独特性质，嫦娥四号着陆地是从未实地探测过的处女地，或将取得突破性发现。

在没有太空探测器的年代，月球背面一直是神秘的未知世界。越来越多前往月球的探测器让人们发现，原来月球背面和正面如此不同。

嫦娥四号的着陆区月球南极-艾特肯盆地是太阳系中已知最大的撞击坑之一，也被公认为月球上最老、最深的撞击盆地。在这里获取月球深部物质的信息，相信会在科学上有很大的惊喜。

科学家们认为，月球南极-艾特肯盆地是研究月球深部物质组成的重要窗口，对该盆地进行探测，有助于研究月壳和月幔的组成、月球的地质特征、月球的起源和演化，解释月球上的磁异常现象。

邹永廖介绍，月球车在月背行走时，还可以获取集地形地貌、物质成分、浅层结构于一体的综合地质剖面，这个剖面一旦建立起来，将是国际首创。

同时，到月球背面开展低频射电天文观测是天文学家们梦寐以求的事情，可以填补射电天文领域在低频观测段的空白。这样的天文观测是研究太阳、行星及太阳系外天体的重要手段，也将为研究恒星起源和星云演化提供重要资料。

■答疑

等待时间为何这么长？

嫦娥四号早在2018年12月8日就出发，使用了我国目前深空探测的最强火箭长三乙改III型。3.8吨重的它仅花了4天14时16分就完成了发射、轨道校正、近月制动、进入工作轨道，是四次主要任务中最短的一个。但依然等到了2019年1月3日才进行着陆任务。为什么需要这么长的时间呢？

是为了等待时机。

月球被潮汐锁定，自转与公转相同，换算成地球时间就是近14天交替的白天黑夜。在进入月球轨道后，嫦娥四号一边测试仪器，一边等待月球进入白天，毕竟它的主要能量来源是太阳能。

另一方面，由于降落地点处于南极附近，它需要逐渐调整轨道倾角才能经过这里，比较耗时。同时，也要等待太阳光照在月球的角度达到理想的状态，这样所有的地貌都会有比较清晰的阴影，最大程度辅助光学设备选择并定位着陆地点。

着陆器为何先升后降？

由于降落的难度大大增加，嫦娥四号的着陆方式也将作出改动。由于着陆地的独特地貌特点，它的避障需求远高于其他着陆任务。

据报道，在进入准备阶段后，嫦娥四号的轨迹不降反升，而后进入一个几乎要实现长距离垂直下降过程，期间完成避障、悬停、精避障、缓速降落全过程，难度极大。这么一个复杂的“走位”，对自主导航制导与控制要求极高。

嫦娥四号探测器项目总监张熇说，嫦娥四号在系统设计上考虑了如何提高着陆的精度，在环月阶段增加了轨道修正，在动力下降控制策略上进行了调整。探测器要在距离月面比较高时候就达到着陆区的上方，然后垂直下降，这样航迹上复杂崎岖的地形就不会对着陆带来影响。

充沛能量从哪里来？

采用太阳能电池板和充电电池组合，是很多月球探测器的基本配备。在白天，月球上太阳能极其充沛，太阳能电池板充电，剩余电能储蓄下来，所有系统正常工作。晚上能量不足，只能冬眠或降低工作强度。我国的嫦娥三号和玉兔号任务，以及苏联、美国诸多无人探测器，大都采用这个方案。

为应对夜晚过低的温度，探测器还需要携带放射性同位素元素钚-238，它的半衰期长达88年，会源源不断释放热量，做保温用，嫦娥三号即是如此。与此同时，它的热量也可以收集起来用以发电，

而在嫦娥四号上，中国将首次实验自己的“核电池”技术。尽管它不是最主要的能量来源，但这个突破已经意义重大。

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