②月背登陆是夙愿
月球公转的周期与其自转的周期相同,使得月球始终只有一面对着地球,而另一面则是鲜为人知的背面,在背面软着陆并进行探测,正是嫦娥四号肩负的使命。
人类探月已经有约60年历史,对月球的背面,人类当然不是一无所知,航天器就曾多次传回月球背面的照片,飞船内的宇航员也多次观察过那里,但是,到目前为止,还没有人类探测器到达过那里。作为嫦娥三号的备份,嫦娥四号在前者完美完成“测月、巡天、观地”目标的情况下,被赋予重任:实现人类首次月球背面软着陆和巡视勘察。
软着陆月球背面并进行探测和实验当然不只是为了到达月球背面,创造人类探月历史。那里既是理想的科研场所也是难得的科研对象。作为科研场所而言,由于月球背面没有来自地球的无线电波的干扰,提供了射电天文观测的最佳环境,利用这一得天独厚的条件,架设无线电望远镜,建立月球背面天文观测基地,是人类梦寐以求的夙愿。嫦娥四号配备了国内新研发的天文望远镜“极低频射电频谱仪”,不仅可以用于研究太阳爆发、着陆区上空的月球空间环境,而且可以对来自太阳系行星的低频射电场进行观测,“聆听”来自宇宙更深处的“声音”,接收各种长波、短频的无线电信号,探索宇宙起源。可以预期,嫦娥四号有可能开辟射电天文观测的新境界。
作为全新的近距离探测对象,月球背面可谓是等待挖掘的科研“宝库”。相对于正面,月球背面的很多信息不为人所知,而对其进行探测将可能有前所未有的发现。比如,嫦娥四号目标着陆区艾肯盆地,那里据信是40亿年前被陨石撞击形成的。其直径大约2500公里,深度约12公里,是目前发现的太阳系固体天体中最大最深的盆地,包含着丰富的月球地质结构等方面的信息,等待嫦娥四号去探索挖掘。
③“鹊桥”中继信号连
勇于探索就意味着必须面对更多更大挑战。嫦娥四号选择了在月球背面惊鸿一落,实际上就是为中国航天选择了前所未有的高难度。嫦娥四号奔月与月面探测不仅要解决嫦娥三号面临的所有困难,而且还要克服由“月背”带来的独特挑战,具体来说主要有两个。
一是月背软着陆。中国科学院院士、嫦娥一号工程总指挥叶培健对此有一个形象的比喻。他说,如果把嫦娥三号当年在月球虹湾的落月比作在华北平原着陆,那么嫦娥四号则相当于在崇山峻岭的云贵川地区着陆。其难度是可想而知的。嫦娥四号探测器副总师吴学英对着陆区介绍说,那是月球背面靠近南极一个叫冯·卡门的撞击坑,鉴于月球背面山峰林立,大坑套小坑,这个地方已经是落月的最佳选择了。在凸凹不平的地方软着陆,这就需要嫦娥四号更具慧眼,落得更稳更准,才能经受住挑战。
二是中继测控。嫦娥四号虽然有一定自主能力,但是超远距离测控是其任务成功实施的必要保障,实际上,解决月背造成的特有数据传输问题是嫦娥四号任务实施的先决条件。为此,“嫦娥”还未出发,其先导鹊桥中继卫星就先行飞天,并运行至地月拉格朗日L2点,为实施月面与地面的通信信号“接力”做好准备。虽然发射并使用中继卫星对中国航天来说并不是新鲜事,但是如此超远距离启动信号中继还是第一次,要克服的困难可以想象。
上述两大挑战是相互交织的。“鹊桥”数据传输的中继效果直接关系地面测控效果,进而对月背软着陆带来重要影响。当然了,在软着陆之后的月面探测过程中,“鹊桥”中继将始终发挥“风筝线”的作用,完成超远距离的信号传输任务。