嫦娥四號(hào)，為何要去月球背面（深閱讀）

12月8日2時(shí)23分，嫦娥四號(hào)探測(cè)器在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，它的目標(biāo)是月球背面。后續(xù)經(jīng)歷地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行之后，嫦娥四號(hào)探測(cè)器將實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面軟著陸，開展月球背面就位探測(cè)及巡視探測(cè)。

探索月球背面有何意義？嫦娥四號(hào)將開展哪些科學(xué)研究？我國(guó)的探月工程走過了怎樣的歷程？本報(bào)記者采訪了相關(guān)專家。

月球背面有什么

嫦娥四號(hào)是嫦娥三號(hào)的備份星。2014年，嫦娥三號(hào)任務(wù)圓滿完成后，國(guó)防科工局牽頭組織開展了嫦娥四號(hào)任務(wù)實(shí)施方案調(diào)整的論證工作。綜合考慮國(guó)際前沿、科學(xué)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性等因素，最終確定了月球背面軟著陸和巡視探測(cè)的總體方案。

為何要去月球背面？由于月球繞地球公轉(zhuǎn)的周期與月球自轉(zhuǎn)的周期相同，所以月球總有一面背對(duì)著地球，這一面稱之為月球背面。因此，人類在地球始終無法看到月球的背面，雖然此前已經(jīng)發(fā)射了100多個(gè)月球探測(cè)器，其中還包括65個(gè)月球著陸器，但僅有不載人的環(huán)繞月球軌道器和載人的阿波羅號(hào)曾看到過月球背面。中國(guó)科學(xué)院月球與深空探測(cè)總體部主任鄒永廖告訴記者：“從上世紀(jì)50年代開始，發(fā)射到月球的探測(cè)器和軌道器已經(jīng)有100多個(gè)。但是從著陸器探測(cè)來說，月球背面一次都沒有。嫦娥四號(hào)首次在月球背面著陸和就位巡視，這是創(chuàng)造歷史的重大成就。”

據(jù)了解，此次嫦娥四號(hào)著巡組合體著陸區(qū)，位于月球背面的艾特肯盆地。鄒永廖介紹，月球分為三大地體，即克里普巖地體、斜長(zhǎng)高地巖地體、艾特肯盆地地體。“前兩個(gè)地體都已經(jīng)被巡視探測(cè)過，只有艾特肯盆地地體沒有被近距離巡視探測(cè)，在科學(xué)上會(huì)有很多新發(fā)現(xiàn)。而且月球背面的巖石更加古老，如果能夠獲取更古老的巖石類型等物質(zhì)成分信息，對(duì)我們了解月球的化學(xué)成分演化過程有很大幫助。”

專家表示，艾特肯盆地是目前發(fā)現(xiàn)的太陽系固體天體中最大最深的盆地，直徑大約2500公里，深度約12公里。其90%的面積都分布在月球背面，只有一小部分在月球正面，具有很高的科研價(jià)值。

中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師、中國(guó)工程院院士吳偉仁說：“一般認(rèn)為這個(gè)盆地有可能是當(dāng)時(shí)宇宙大爆炸或者后來小天體撞擊形成的，隱含著宇宙最早的一些信息。而且這個(gè)盆地的深度有12公里，有助于我們獲取月球深部物質(zhì)的信息。” 據(jù)介紹，嫦娥四號(hào)對(duì)月球背面地形地貌、礦物組分、巡視區(qū)淺層結(jié)構(gòu)、地幔物質(zhì)等進(jìn)行科學(xué)探測(cè)與研究，將為月球資源的開發(fā)利用提供極具價(jià)值的第一手資料。

更讓科學(xué)家們感興趣的是，月球背面獨(dú)特的電磁場(chǎng)環(huán)境和地質(zhì)特征，非常適合開展低頻射電探測(cè)等空間天文學(xué)研究和月球物質(zhì)成分探測(cè)等科學(xué)研究。“由于屏蔽作用，在地面上無法開展低頻射電的觀測(cè)。而月球背面的磁環(huán)境非常干凈，到月球背面開展低頻射電天文觀測(cè)，這一目標(biāo)應(yīng)該說是天文學(xué)家夢(mèng)寐以求的，可以填補(bǔ)射電天文領(lǐng)域在低頻觀測(cè)段的空白。”鄒永廖說。

嫦娥四號(hào)任務(wù)是什么

2016年1月，嫦娥四號(hào)任務(wù)經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)正式實(shí)施，包括中繼星和探測(cè)器兩次任務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)著陸在月球背面的探測(cè)器與地球的測(cè)控通信和數(shù)據(jù)傳輸，我國(guó)于2018年5月21日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射了“鵲橋”中繼星，搭建起地月信息聯(lián)通的“天橋”。目前，“鵲橋”中繼星進(jìn)入環(huán)地月拉格朗日L2點(diǎn)使命軌道，狀態(tài)正常。

據(jù)了解，嫦娥四號(hào)任務(wù)的工程目標(biāo)，一是研制發(fā)射月球中繼通信衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)國(guó)際首次地月拉格朗日L2點(diǎn)的測(cè)控及中繼通信；二是研制發(fā)射月球著陸器和巡視器，實(shí)現(xiàn)國(guó)際首次月球背面軟著陸和巡視探測(cè)。

在科學(xué)任務(wù)方面，嫦娥四號(hào)主要是開展月球背面低頻射電天文觀測(cè)與研究；開展月球背面巡視區(qū)形貌、礦物組分及月表淺層結(jié)構(gòu)探測(cè)與研究；試驗(yàn)性開展月球背面中子輻射劑量、中性原子等月球環(huán)境探測(cè)研究。

“嫦娥家族”有哪些成員

在嫦娥四號(hào)發(fā)射成功之際，中國(guó)的探月之路值得盤點(diǎn)。探月工程也叫嫦娥工程，是我國(guó)航天繼人造地球衛(wèi)星和載人航天之后的第三個(gè)里程碑，是國(guó)家重大科技專項(xiàng)的標(biāo)志性工程。計(jì)劃在2020年前按“繞、落、回”的發(fā)展思路分3期組織實(shí)施，實(shí)現(xiàn)探月工程既定目標(biāo)。

——探月工程一期（2004年—2009年）：2004年1月23日，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了國(guó)防科工委、財(cái)政部《關(guān)于繞月探測(cè)工程立項(xiàng)的請(qǐng)示》，標(biāo)志著月球探測(cè)工程一期——繞月探測(cè)工程正式立項(xiàng)，從而開啟了探月工程的光榮征程。

——探月工程二期（2008年—2014年）：2008年2月15日，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)探月工程二期立項(xiàng)。主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在月面軟著陸，開展月面就位探測(cè)與自動(dòng)巡視勘察。

——探月工程三期（2011年至今）：2011年1月7日，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)探月工程三期立項(xiàng)，標(biāo)志著探月工程“繞、落、回”三步走最后一步正式啟動(dòng)。三期工程擬實(shí)施兩次采樣返回任務(wù)，分別命名為嫦娥五號(hào)和嫦娥六號(hào)任務(wù)，將首次采用無人月球軌道交會(huì)對(duì)接方式實(shí)現(xiàn)月面自主采樣返回。為降低工程風(fēng)險(xiǎn)，探月三期決定實(shí)施一次再入返回飛行試驗(yàn)。再入返回飛行試驗(yàn)驗(yàn)證了地月空間往返一系列關(guān)鍵技術(shù)任務(wù)。

從探月工程一期至今，截至嫦娥四號(hào)任務(wù)前，我國(guó)共進(jìn)行了4次發(fā)射，可謂成果顯著。

——2007年10月24日嫦娥一號(hào)成功發(fā)射，11月26日，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星傳回第一幅月球圖片數(shù)據(jù)，標(biāo)志著探月工程一期任務(wù)圓滿成功。嫦娥一號(hào)衛(wèi)星在軌有效探測(cè)16個(gè)月，于2009年3月1日受控撞月，為工程畫上圓滿的句號(hào)。探月工程一期首次實(shí)現(xiàn)我國(guó)自主研制的衛(wèi)星進(jìn)入月球軌道；利用CCD立體相機(jī)對(duì)月球進(jìn)行環(huán)繞探測(cè)，獲取了120米分辨率的全月影像圖以及鈾元素含量分布圖等。

——嫦娥二號(hào)任務(wù)。2010年10月1日嫦娥二號(hào)成功發(fā)射，經(jīng)過在軌探測(cè)10個(gè)月后，于2011年8月25日飛赴日地拉格朗日L2點(diǎn)，并進(jìn)行環(huán)繞探測(cè)；環(huán)繞探測(cè)近半年后，飛離L2點(diǎn)，于2012年12月13日，與圖塔蒂斯小行星近距離交會(huì)并獲得清晰圖像；之后飛向更遠(yuǎn)的深空，成為我國(guó)首顆繞太陽飛行的人造小行星，創(chuàng)造了中國(guó)航天器最遠(yuǎn)飛行紀(jì)錄。嫦娥二號(hào)為嫦娥三號(hào)驗(yàn)證了部分關(guān)鍵技術(shù)，詳勘了落月區(qū)域；在月球軌道有效探測(cè)10個(gè)月，利用改進(jìn)的CCD立體相機(jī)對(duì)月球進(jìn)行了環(huán)繞探測(cè)，獲取了世界上首幅7米分辨率的全月圖和1.5米分辨率的局部圖；利用γ射線譜儀、高能粒子探測(cè)器、太陽風(fēng)離子探測(cè)器發(fā)現(xiàn)了月表鉻元素和微磁層、太陽風(fēng)加減速等現(xiàn)象；獲取了圖塔蒂斯小行星的清晰圖像；創(chuàng)造了中國(guó)航天器最遠(yuǎn)的飛行紀(jì)錄。

——嫦娥三號(hào)任務(wù)。2013年12月2日嫦娥三號(hào)成功發(fā)射，14日探測(cè)器如期著陸，15日著陸器與巡視器（玉兔號(hào)月球車）成功互拍，標(biāo)志著嫦娥三號(hào)任務(wù)取得圓滿成功。嫦娥三號(hào)任務(wù)是我國(guó)首次在地外天體軟著陸，為中國(guó)航天開創(chuàng)了月面就位探測(cè)和機(jī)器人巡視探測(cè)的新模式。創(chuàng)造了首次研發(fā)地外著陸、巡視航天器平臺(tái)，且實(shí)現(xiàn)月面遙操作等中國(guó)航天的多個(gè)首次。

——再入返回飛行試驗(yàn)任務(wù)。2014年10月24日，探月工程三期再入返回飛行試驗(yàn)器發(fā)射，經(jīng)過8天的飛行，11月1日，在距地球5000公里處服務(wù)艙與返回器受控分離，返回器以“半彈道跳躍式”高速再入地球大氣層，安全精確著陸在內(nèi)蒙古四子王旗，為嫦娥五號(hào)任務(wù)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。此后，服務(wù)艙順利完成了大橢圓停泊軌道飛行段、地月轉(zhuǎn)移段、地月L2點(diǎn)環(huán)繞飛行段、近月制動(dòng)段和環(huán)月飛行段共5個(gè)階段的拓展試驗(yàn)，取得豐碩成果。

馮 華

[責(zé)任編輯：楊凡、韓薇]

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