率先在月球背面着陆的嫦娥四号

2018-05-21

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2018年年底，我国将发射世界首个落在月球背面的探测器--嫦娥四号。嫦娥四号原来是嫦娥三号的备份，由于嫦娥三号落月探测器出色完成了预定任务，所以嫦娥四号究竟干什么曾在较长一段时间内不能确定，因为有关专家意见不一致，为此论证甚至争吵了2年，分歧的核心是嫦娥四号是落在月球正面还是背面? 刚开始很多专家都认为嫦娥四号还是落到月球正面，觉得这样比较牢靠，技术风险小，不要节外生枝了。但是嫦娥一号总指挥兼总设计师、“嫦娥”系列月球探测器总指挥兼总设计师顾问叶培健院士主张落到月球背面。一次在国防科工局开会，已经准备写会议纪要，确定嫦娥四号将落在月球正面了，对此叶培健院士对与会领导说:我服从上级决定，只要定了我一定努力做好。但我不同意嫦娥四号落在月球正面，因为嫦娥三号已经落到过正面了，再去落一次有多大意思?

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叶培健院士

为此，有关领导又组织多次讨论，最后决定:嫦娥四号落到月球背面。叶院士认为，落到月球背面，如果成功了是一大亮点;如果不成功，因为这是人类第一次，也可以原谅。先不要讲什么科学意义、技术带动，单从逻辑学上看，落到月球背面的科学意义就是一句话:背面没去过!通俗的讲，嫦娥三号相当于在华北平原着陆，嫦娥四号则相当于在崇山峻岭的云贵川地区着陆。嫦娥四号的工程目标是:在复杂地形环境条件下的安全着陆，进行地月拉格朗日2点远距离中继通信，开展同位素温差发电与热电综合利用。其科学目标是:对月球背面的环境进行研究;对月球背面的表面、浅深层、深层进行研究;用低频射电探测仪探测宇宙天体。嫦娥四号与嫦娥三号一样，仍由着陆器和巡视器(又叫月球车)组成，它们所使用的平台也基本相同，但是因为嫦娥四号与嫦娥三号科学目标差异很大，因此两者所装载的科学探测设备有明显变化，其中最主要的特点是装载了几台国外科学载荷，例如，德国月表中子与辐射剂量探测仪、瑞典中性原子探测仪。

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嫦娥四号由着陆器和巡视器(又叫月球车)组成

在嫦娥四号着陆器上装载了德国的中子与辐射剂量探测仪。它能探测着陆区的辐射剂量，为未来的载人登月航天员的危险度进行前期评估，提供相应辐射防护的依据。在嫦娥四号月球车上装载了瑞典的中性原子探测仪。它对于解决太阳风与月表相互作用机制、月表逃逸层的形成和维持机制等关键科学问题有着重要的意义。

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瑞典的中性原子探测仪

与嫦娥三号类似，嫦娥四号的着陆器上仍装有降落相机、地形地貌相机，但增加了国内新研发的低频射电频谱仪，以及德国的中子与辐射剂量探测仪，去掉了月基光学望远镜、极紫外相机。低频射电频谱仪将利用月球背面没有地球电磁波干扰和天然洁净的环境，研究太阳爆发、着陆区上空的月球空间环境，还可以对来自太阳系行星的低频射电场进行观测，并‘聆听’来自宇宙更深处的“声音”。

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地形地貌相机

嫦娥四号的月球车上仍装有全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪，但增加了瑞典的中性原子探测仪，去掉了粒子激发X射线谱仪。

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红外成像光谱仪

嫦娥四号的着陆方式与工作状态跟嫦娥三号也有很大区别，性能上有很大提升。月球正面有较为宽阔的平原，虽然也有许多陨石坑，但即使是坑底也相对平整，所以嫦娥三号是以弧形轨迹缓慢着陆。而月球背面的地形则更为复杂，陨石坑更多，地势更陡峭，为了不撞到峭壁，将采取近乎垂直的着陆方式。嫦娥三号在月夜的时候是不能工作的，嫦娥四号则凭借同位素温差发电与热电综合利用技术，在月夜的情况下还能做一些测量的工作。嫦娥四号任务的“两器一星”上总共配置了6台国内研制科学载荷和4台国际科学载荷。它们开展以低频射电天文观测、巡视区形貌、矿物组份及浅层结构为主的科学探测。其落月探测器还搭载了重庆大学牵头研制的“月面微型生态圈”和中山大学研制的大孔径激光角反射镜，分别开展月面生态系统试验和超过地月距离的激光测距试验。据悉，嫦娥四号上的“月面微型生态圈”是一个由特殊铝合金材料制成的圆柱形罐子，高18厘米，直径16厘米，净容积约0.8升，总重量3千克。这个小罐子里将放置马铃薯种子、拟南芥种子、蚕卵、土壤、水、营养液和空气以及微型相机和信息传输系统等科研设备。科学家将在这个小空间里创造动植物生长环境，实现生态循环。一个小导管会把自然光线导入罐子里，帮助这些植物和土豆种子生长。选择马铃薯和拟南芥作为实验物种是因为它们的生长周期短且便于科学家观察。另外，马铃薯还可作为人类太空生存的主要食物来源。

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“月面微型生态圈”

虽然人类看不见的月球背面被形象地称为“暗面”，但月球背面和正面所受到的太阳光照几乎是相等的。在真空、微重力、极端温差的外界条件下，“月面微型生态圈”内将保持1~30°C的温度以及适当的湿度，并通过光导管引入月球表面自然光线，创造植物生长环境，探索植物和动物在月球上的生长规律。在“月面微型生态圈”里的植物会产生氧气，供蚕“消费”。蚕会产生植物生长所需的二氧化碳和粪便。这项实验极具突破性，对人类未来在地外星球生存具有重大意义，将为人类在月球上建立基地和长期居住积累知识。此前，航天员曾在“国际空间站”种过植物，而中国的航天员也曾在天宫二号空间实验室里培养过水稻和拟南芥。但那些实验都是在离地面400千米左右的近地轨道中进行的。距离地球38万千米的月球上的环境要复杂得多。月球引力只相当于地球引力的1/6，昼夜温差达200°C以上。为此，“月面微型生态圈”内的温度将保持在1~30°C之间，并控制好湿度和养分以及光线。

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嫦娥四号着陆器与中继卫星示意图

嫦娥四号将在月球背面的着陆点附近开展月表地形地貌与地质构造、矿物组成和化学成分、月球内部结构、地月空间与月表环境等探测，完成月球背面巡视区形貌和矿物组份探测与研究、月基低频射电天文观测与研究、月球背面巡视区浅层结构探测与研究等详查科学目标，继续更深层次更加全面地科学探测月球地质、资源等方面的信息，完善月球的档案资料，有望取得行星际激波、日冕物质抛射和空间传播机理等方面原创性成果。为了激发普通民众特别是青少年的探索热情，嫦娥四号预留了3千克载荷在全国范围内征集大胆创意，现已从全国征集的方案有290多项，从中选择了20项优秀项目，其中有很多中学生和大学生项目，最后评选出了3个一等奖，然后从这3个项目中选出一个项目搭载在嫦娥四号上，以便起到很好的宣传效果。(杭添仁)

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