2018年12月8日,在西昌衛星發射中心,嫦娥四號探測器由長征三號乙運載火箭成功發射,飛向太空。它的目的地是月球、是月球上永遠背對地球的那一面,去實現世界首次月背軟著陸及巡視勘察任務。

2019年1月3日,在月球背面南極—艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑的預選著陸區,嫦娥四號成功著陸,實現了人類探測器首次在月球背面軟著陸,同時也意味著中國成為了世界上首個在月背實施軟著陸的國家。

總體團體合影。
總體團體合影。

隨後,“玉兔二號”巡視器開始工作,由多個國家和國際組織參與的科學探測任務也陸續展開。2019年1月11日,嫦娥四號著陸器與玉兔二號巡視器完成了兩器互拍,圖像傳回地球,實現了工程既定目標,同時也標誌著嫦娥四號此次任務圓滿成功。可以說,嫦娥四號探月工程的成功,在人類歷史上首次實現了航天器在月球背面軟著陸和巡視勘察,首次實現了地球與月球背面的測控通信,在月球背面留下了世界探月史上的第一行足跡,揭開了古老月背的神秘面紗,開啟了人類探索宇宙奧秘的新篇章。同時,這也是我國由航太大國向航太強國邁進的重要標誌之一,是新時代中國人民攀登世界科技高峰的新標杆、新高度,更是中華民族為人類探索宇宙奧秘作出的又一卓越貢獻。

因在航太探月科技領域作出的卓越貢獻,2019年 3 月 20日,華人盛典組委會公佈嫦娥四號探月工程團隊獲得“世界因你而美麗——2018-2019影響世界華人盛典”大獎。

總體集團合影。
總體集團合影。

嫦娥“月背著陸” 中國航太新貢獻

自上世紀50年代開始,世界各國陸續向月球發射了110多次探測器,而著陸探測大概不到20次,還都是在月球正面,從沒有在月球背面著陸的。因為在很長一段時間裡,“到月球背面去”被視作是“不可能完成的任務”。

追夢人。
追夢人。

直到2018年12月8日,在中國西昌衛星發射中心,嫦娥四號探測器由長征三號乙運載火箭發射,它向太空飛去,目的地正是月球永遠背對地球的那一面,去實現世界首次月背軟著陸及巡視勘察任務。

2019年1月3日,在經過約38萬公里26天的飛行,嫦娥四號探測器成功在月背著陸,隨後,玉兔二號巡視器開始按預定指令工作。1月11日下午4時許,嫦娥四號著陸器與玉兔二號巡視器互拍成像的影像圖,經“鵲橋”中繼星傳回北京航太飛行控制中心大廳,展現在了大螢幕上。當控制中心的科研人員在圖像中看到“玉兔二號”在月背留下的兩道清晰車轍,看到它們各自的五星紅旗在月球背面交相輝映時,全場沸騰了,熱烈的掌聲經久不息。探月工程總設計師吳偉仁說,“玉兔二號”在月背邁出的這一小步,卻是人類歷史上的一大步,意義非凡。

首次實現月球背面軟著陸與巡視探測,首次實現月球背面與地球的中繼測控通信……嫦娥四號交出了一份圓滿的答卷。

飛控工作中。
飛控工作中。

展實力 火箭來托舉

2018年12月8日,將嫦娥四號月球探測器帶上天、送入預定軌道的,是由中國航太科技集團有限公司第一研究院抓總研製的長征三號乙遙三十運載火箭。這是長征三號甲系列火箭的第95次發射。在此之前,它們已成功將嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號、嫦娥五號T1再入返回飛行器一一送上了預定軌道,作為嫦娥奔月的“專屬列車”,它們成績卓著。

航太科技集團一院長征三號甲系列火箭總指揮金志強介紹,探月工程任務對軌道高度和入軌精度要求都很高,長三甲系列火箭因其出色的適應能力、多樣的發射軌道、精准的入軌精度脫穎而出,成為執行探月工程發射的最佳選擇。

長三甲系列火箭從方案設計起,就始終貫徹了“系列化、組合化、通用化”的設計思想,長三甲、長三乙、長三丙三型火箭之間具有良好的繼承性和通用性。經過多年努力,持續的改進,火箭狀態日趨成熟。“為了確保發射取得圓滿成功,研製隊伍做了充分的準備,採取了一系列加嚴措施,強化品質管控。”由於嫦娥四號任務窄視窗發射、冬季發射的特徵,火箭團隊組織開展專題風險分析,制定了520項預案。為了充分利用嫦娥四號在2天內多視窗的發射機會,降低發射實施風險,火箭系統開展了“低溫加注後推遲24小時發射”的技術創新,這在國內尚屬首次,也讓長三甲系列火箭在執行任務中底氣更足,在第一天第一視窗就實現了準時發射,且入軌精度進一步提升。正是在它的護送下,“嫦娥”才得以奔上月背。

搭“鵲橋”中繼星先行

據瞭解,自2004年批准嫦娥一號立項,至今已有15年,僅嫦娥四號項目就有上萬人參與其中,耗時近四年。

嫦娥四號探測器系統專案執行總監張熇介紹說,自立項以來,探月工程先後實施了嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號、再入返回飛行試驗、嫦娥四號等5次任務。嫦娥三號發射成功以後,中國國家航天局組織國內、國際科學家共同論證,嫦娥四號在實現月球背面同地球的中繼通信情況下,去實現航天器在月球背面軟著陸和巡視勘察。

這人類歷史上的第一次月背著陸,是中國航太人向“不可能完成的任務”的挑戰,其技術難度非常大。

首道難題是通訊問題。月球背面看不到地球,著陸器和探測器必須通過中繼的方式,才能將訊息傳回地球,也就是說,要把著陸器和探測器中繼到軌道上的一顆衛星上,這對中繼技術是一個考驗。而要在30個月之內交付這一世界首顆地月中繼通信衛星,要完成從方案設計到生產、集成、測試和試驗的全部工作,時間之緊、難度之大可以說是前所未有。

但這並沒有難倒中國航太人。地月中繼通信衛星“鵲橋”研製工作一啟動,整個專案團隊就進入了衝刺狀態。測試間的燈時常徹夜通明,辦公室假日裡也總是回蕩著鍵盤的敲擊聲。大家知道這個中繼星不同於其他的變軌,近月制動對軌道控制的要求極為苛刻,而且機會只有一次,稍有偏差,它將無法再回到正確軌道,中繼星也就成了“斷了線的風箏”。為了確保近月制動順利完成,研製團隊一起反復討論,制定和完善應急預案。

2018年5月21日,嫦娥四號中繼星“鵲橋”號成功發射,在整個任務研製流程中,“鵲橋”研製團隊沒有耽誤一個重要節點,沒有出現一次低層次品質問題,按時保質完成了全部研製任務,成功搭建起地月通信之橋,為月球背面的著陸器和巡視器提供了穩定可靠的中繼通信鏈路,為月球背面軟著陸探測人類壯舉的實現提供了可能。

軟著陸 高智能“避障”

嫦娥四號月背著陸遇到的第二個難關是如何選擇著陸區並實現軟著陸。據專家介紹,月背的地形異常崎嶇,幾乎全是坑窪,這會給著陸帶來很大的困難。美國、蘇聯早期的著陸技術,都是“盲降”,即往下沖,撞哪兒算哪兒。這種方式在月球正面或許可行,但在月背盲降很容易被撞翻或者撞毀,導致前功盡棄。因此,不僅要精心選擇著陸區,嫦娥四號的著陸器也必須採取非常智慧的“避障”式降落,要求它在到達離月背表面一定高度後,可以自主探測、自主平移和調整下降的速度和地點,要像一位機敏的輕功高手,避開各種障礙,優雅、輕巧地著陸。

負責嫦娥四號探測器系統著陸器總體設計的李飛,是位2009年從天津大學畢業的博士,自進入航太五院工作後,他常常會為中國的航太事業感到驕傲和自豪。據李飛說,嫦娥四號探測器有許多世界首創的亮點技術。首先是高精度著陸技術。團隊提前設計了幾種避障策略,著陸器上裝有對月球測速、測距等的敏感器,還有鐳射三維的敏感器,用於分析月面上的地形情況,根據這個情況來控制著陸的速度、高度,以及最終的安全著陸點。這種自己識別、判斷、決策、最終自己控制、避障並著陸技術,是人類首次在月球應用,也是由中國自主研發的一種人工智慧。嫦娥四號探測器系統專案執行總監張熇也說:“雖然有個別產品是引進的,但我們可以非常自豪地說,嫦娥四號的關鍵技術,以及月面長期工作等技術,都是我國自主創新研發完成,屬世界首創。”

新探索 永遠無止境

從嫦娥四號的“誕生”到地月空間的旅行,從著陸在“永不可見”的月球背面到月球車邁開腳步,這份成績是無數航太人用拼搏與汗水換來的。

嫦娥四號探測器系統專案執行總監張熇說,航天器最大的特點,就是一旦發射,既不像汽車能召回,也不像飛機有定期維修,它發上去,看不見摸不著,基本不可修復,如果有任何疏忽,很難補救。所以,航太人在工作中,尤其強調品質第一,即把所有的風險都要事前識別和控制,要 “零缺陷、零故障、零疑點,高標準、高安全、高可靠”,要有“如履薄冰、如臨深淵”的心態。在這樣高強度、高壓力的工作環境下,一大批老專家和年輕的科研人員,拋開個人名利,恪盡職守,默默奉獻。

據張熇介紹,月球背面比正面要古老幾億年,研究背面的月壤、地形地貌,對研究月球的起源演化有著重大的科學意義。從目前來看,各項資料都在持續觀測和採集中,科學家會通過大量的反演、測算來得出結論,揭開月球更多的秘密,滿足人類對宇宙的好奇和探索。此外,因為月球背面擋住了地球的輻射干擾,所以那裡是做低頻射電天文觀測的理想場所。她還說,本次嫦娥四號搭載了來自德國和瑞典的載荷,是國際合作的一個成功案例。同時,探月四期工程的目的是建成一個能夠長期在月面運行、可能地處極區附近的月球科研站,希望能有多個國家共同參與,共同提出一些科學任務,充分利用好這個科研站,從而取得更多科學技術成果。

國家航天局副局長、探月工程副總指揮吳豔華,在日前國新辦舉行的新聞發佈會上表示,以嫦娥四號任務圓滿成功為標誌,我國探月工程四期和深空探測工程也全面拉開序幕。按照相關部署,到2020年前,探月工程要實現“繞、落、回”三步走的目標。即在嫦娥四號之後,將發射嫦娥五號,它除了要落上去、月面取樣之外,還要在月面起飛,並在環月軌道交匯對接等等,屆時還將有更多新技術一一展現。

正如中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平在會見探月工程嫦娥四號任務參研參試人員代表時所強調的,“太空探索永無止境。我國廣大科技工作者、航太工作者要為實現探月工程總目標乘勝前進,為推動世界航太事業發展繼續努力,為人類和平利用太空、推動構建人類命運共同體貢獻更多中國智慧、中國方案、中國力量。”

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(中時新聞網)

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