关于＂嫦娥四号＂你想知道都在这里

根据目前掌握的信息，中国的嫦娥4号探测器搭载着一辆探测车，预计将于2018年12月8日(周六)凌晨2点左右从西昌卫星发射中心发射。虽然没有非常详细的官方介绍和报道，但国内公众以及国外网民和太空爱好者普遍对该计划缺乏了解。然而，我们仍然可以从近年来公开发表的一些论文中找到一些线索。请注意，以下内容基本上来自*电视台、新华社等官方媒体的相关文件和公开报道。

好吧。在下面，老严将花些时间谈论“嫦娥四号”的任务。我最初回答了几个核心问题。如果你对嫦娥四号或者整个嫦娥计划有任何其他问题，请留言提问。

我想念你们所有人，真的有很多事情要和你们讨论。最近，老抽时间写了一系列与嫦娥计划有关的文章。他将和同学、老师以及其他读者和朋友一起学习和讨论。他还希望了解中国正在进行的太空计划。

问题1:什么是嫦娥计划？

嫦娥是中国探月工程的名字。早在1994年，我国就对月球探测活动的必要性和可行性进行了相关研究。此后，经过充分论证，中国科学院基本确定了2000年中国探月的科学目标。

经过10年的等待、反复研究和论证，中国的探月工程终于在2004年获得正式批准，命名为“嫦娥工程”。这是我国第一次离开地球轨道飞往另一个星球。

2006年2月，国务院发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2002020)》，首次将“载人航天和月球探测工程”明确纳入国家16个重大科技项目。根据项目计划，“嫦娥工程”分为三个步骤:缠绕、降落和返回“绕”是发射绕月轨道器；“着陆”是在月球表面实现软着陆；“惠是把月球上的一些岩石和土壤带回地球进行研究的。

计划进展如何？许多人可能听过一点，但他们说不清楚。事实上，我们已经分别在2007年和2010年发射了“嫦娥一号”和“嫦娥二号”，这两个都是月球轨道飞行器，实现了“轨道”的第一步。五年前的2013年，“嫦娥三号”在洪湾成功着陆并发射月球车，实现了我们的第二步“着陆”。

未来，我们将通过嫦娥五号进一步实现“返回”的目标，即不取样返回月球。事实上，为了实现最困难的第三步抽样回报，我们一直在进行各种技术测试，其中最具代表性的是2014年10月推出的嫦娥五号一号测试车。它的目标非常明确。它验证了月球轨道高速大气返回技术，这正是嫦娥五号甚至未来载人登月计划所需要的技术环节之一。

问题2:坦率地说，嫦娥4号是做什么的？

玉兔号是由位于遥远月球线上的嫦娥三号着陆器和位于遥远月球线上的嫦娥三号着陆器拍摄的。

首先，让我们谈谈嫦娥4号的“生活体验”。太空是一个高风险的行业。可以说，事故不是意外的。因此，许多航天国家通常一次制造两个相同的探测器，一个叫做“主拷贝”，另一个叫做“备份拷贝”。例如，“嫦娥二号”是“嫦娥一号”的备份。如果“嫦娥一号”发生事故，二号将代替一号，“坚决完成任务”。

但众所周知，“嫦娥一号”非常成功，所以“嫦娥二号”不能浪费，是吗？然而，我们不能简单地重复第一项工作。我们做什么呢我们的科学家决定改造2号宇宙飞船，在它周围进行更远、更危险的飞行，并对下面的嫦娥三号着陆区进行详细调查。首先，“嫦娥一号”离月球表面200公里，而“嫦娥二号”离月球最近时只有15公里高。要知道月亮是起伏的，有几千米的山脉！

左上角的“彩虹湾”是“嫦娥三号”的着陆点。注意右边“嫦娥一号”的落点。完成任务后，“嫦娥一号”积极撞击月球表面

你为什么这么做？一方面，为了更清楚地了解嫦娥三号的预定着陆区域，仔细检查是否有太多的石块和其他可能威胁着陆的因素。另一方面，嫦娥三号也将改变轨道到15公里的高度，然后降落时慢慢下降。这实际上是测量和控制技术随后登陆月球的早期练习。它的意义并不是微不足道的。

说了这么多，和嫦娥4号有什么关系？很简单:“嫦娥4号”是“嫦娥3号”的备份星。尽管出现了一些意想不到的失败，2013年的“嫦娥三号”仍基本实现了我们计划中的“着陆”目标，因此，2014年批准了备用的“嫦娥四号”任务，并进行了各种修改，准备实施更大胆的计划。什么事？降落在月球背面！

是的，将在几天后发射的嫦娥4号将在月球背面着陆。这是人类第一次。

问题3:你为什么想去月球背面？没有人去过那里吗？

1959年，人类第一次看到了月球的背面。这张照片是苏联“月球3号”拍摄的

是的，没有人去过那里。早在1959年，人类第一次通过苏联发射的“月球3号”卫星看到了月球背面，但这只是一个遥远的视角。没有登陆者在月球背面进行过登陆探险。

因为嫦娥三号已经实现了我们原计划第二步“着陆”的目标。老实说，嫦娥四号作为“废物利用”的后备星，有信心也有可能完成更大胆、更科学的任务。

那么为什么我们最终选择了月球背面呢？

图1:月球的“同步旋转”现象:因为月球旋转的方向和周期与它自身绕地球旋转的方向和周期相同。这样做的一个结果是月球总是面向地球的同一边。换句话说，我们只能看到地球同一侧的月亮，我们看不到它的背面。

图2:中间是地球。月亮围绕地球旋转。请注意，太阳在图片的左边，太阳将照亮半个月亮。根据月亮上的标记，你会注意到当月亮旋转一周时，它的表面到处都经历了白天和黑夜。所谓的“月球黑暗面”是一个不存在的谣言。

在我们谈论它之前，首先我们需要弄清楚一些关于月亮的基本知识点(在这里敲黑板)，以免让一些读者困惑。顺便说一句，如果你是屏幕前的一名高中生，并且你实际上对下面的陈述感到困惑，那么你还没有学好高中地理，读完之后再回去复习。

首先，见图1:月球将永远面向地球的同一边。换句话说，地球上永远看不到月球的一边。这是月球的背面，将于周六发射的嫦娥四号探测器将在那里着陆，这是人类历史上的一个时期。

第二，见图2:月亮的背面不是永恒的夜晚。所谓的“月球黑暗面”并不存在。简单的解释只是一句话，请意识到月亮总是面向地球的一面，而不是太阳的一面。换句话说，月球表面到处都是白天和黑夜，月球上的一天大约是28天或更少，所以在我们的“人类世界”中，“广寒宫”的白天大约是14天，而夜晚大约是14天。

根据目前掌握的一些资料，嫦娥四号预定的着陆点是位于月球背面南极艾特肯盆地的冯卡曼撞击坑。SPA是一个直径2500公里、深度超过13公里的超级大盆地。这是整个月球上已知的最大、最古老、最深的撞击盆地。事实上，SPA盆地被认为是整个太阳系中最大、最古老的撞击盆地。原始月球地壳的岩石保存在这里，具有极高的科学研究价值。冯·卡门撞击坑位于温泉盆地中部，直径186公里，中心坐标为(南纬44.8度，东经175.9度)。

冲击坑是温泉盆地典型的地貌类型，其物质组成和地质时代具有明显的代表性。撞击坑中钍、氧化铁、二氧化钛等含量较高，物质组成的异常空间分布可能为该地区火山活动和月球地壳活动提供线索，有利于月球地壳活动的研究，对研究月球地幔玄武岩的成因具有重要意义。因此，冯卡门陨石坑具有很高的科学探测价值，被认为是未来载人探月的候选着陆点之一。

另一方面，冯卡门陨石坑的南部相对平坦。根据设计，嫦娥4号将由北向南飞行，并逐渐降低其高度。从着陆轨迹来看，冯卡门陨石坑的地形起伏较小，这有利于确保着陆过程的安全。最后，其纬度与嫦娥三号的洪湾着陆区相近，在着陆安全、热控、照明、测控通信等方面具有一定的经验。具有较好的条件和较强的工程可实现性。

但同样重要，甚至更重要的是，月球背面非常适合射电天文学观测。由于地球的大气层，许多波长的电磁波无法到达地面。此外，地球上的大量无线电设备、大气层中的闪电、极光等现象会严重干扰观测数据，甚至使观测变得困难。

然而，在月球背面没有这样的问题:没有大气层。因为月球的背面总是背向地球，所以来自地球的所有信号干扰都被屏蔽在这里。唯一的干扰是太阳辐射。晚上，当太阳落山时，它成为低频射电天文学观测的绝佳场所。

嫦娥四号任务装备了相应的科学设备，将在人类历史上首次在月球背面进行低频射电天文观测。它有望填补射电天文学观测在100千赫至1000千赫之间的空白。它有望在太阳风冲击波、日冕物质抛射和高能电子束流机制方面取得初步成果。

问题4:嫦娥4号在月球背面着陆时如何与地球保持联系？

“鹊桥”中继卫星在月球背面和地球之间建立信号链路示意图

问得好！你想到了吗？

事实上，如前所述，月球的“身体”可以阻挡来自地球的干扰，当然它也可以阻挡通信信号。人类历史上所有的月球着陆器，无一例外，都是在月球的前面着陆的，这是我们从地球上可以看到的一面，原因很简单，那就是月球需要与地球交流。这也是美国和苏联竞相进行月球探测，但最终没有进入月球背面的原因之一。换句话说，他们并不害怕那里的任何外星人基地！

如何解决它？我们的方法是发射一颗中继卫星，它位于地球和月球之间的第二个拉格朗日点。这是地球和月球之间的重力平衡点之一。在这个位置，中继卫星可以长时间运行，燃料消耗很少。

这个位置的优势在于它可以同时将地球和月球背面都纳入视野，从而在两个原本孤立的地点之间起到“通讯联络”的作用。

我们可以用这样的比喻:你(嫦娥4号)想把球(信号)传给你的远方队友(地球)，就像在足球场上踢足球一样。然而，你们中的一个是个大个子，看起来像胖虎对手的防守者(月亮球)。为了把球传给对手，你决定“以曲线拯救国家”——你把球(信号)传给远处的另一个队友(中继卫星)，然后他把球传给对手后面的队友(地球)。

服务于“嫦娥四号”的中继卫星被称为“鹊桥”。它已于2018年5月21日成功推出。这时，它已经准确地运行在地球上的L2点上，正在等待“嫦娥4号”宇宙飞船的到来。

问题5:你能告诉我嫦娥4号的基本情况吗？你带了什么科学设备？

好了，说了这么多，是时候谈谈“初四”本身了，但我这里没有更详细的照片给你，或者主要是书面的，请理解。

嫦娥四号由着陆器、探测器和中继卫星组成。中继星和巡航组合的发射将分别实现人类航天器在月球背面的首次软着陆，着陆器、月球车和地面之间的通信将通过运行在地球和月球之间的拉格朗日L2点的中继星“鹊桥”来完成。

由登陆车和巡逻队组成的所谓“巡逻组合”的发射质量约为3780公斤。他们将一起在月球表面着陆，然后释放探测车(即“巡逻队”)。着陆器的设计寿命为6个月，巡逻器的设计寿命为3个月。总的来说，着陆器和探测车基本上继承了嫦娥三号的状态，但也根据新的任务要求作了适应性的改变。特别是，为了进一步了解月球的特性并获得第一手工程参数，着陆器将在月夜进行月球土壤温度测量。因此，采用基于238钚同位素热源(RHU)的同位素热电发生器(RTG)，不仅能提供不低于2.5瓦的电能，还能在月夜为客舱温度控制提供大量热能。

换句话说，“嫦娥4号”除了太阳能电池板之外还有一个“核电池”，所以它可以在晚上进行一些科学研究和观察，而不是像3号那样晚上睡觉。

携带的科学有效载荷:

根据嫦娥四号任务的三大科学目标和国际合作要求，探测器共配备了9个科学有效载荷，包括6个国内研究有效载荷和3个国际合作有效载荷:

其中，着陆器配备了四个科学有效载荷，包括一个着陆相机、一个地形相机、一个低频无线电分光计和一个与德国合作开发的每月中子和辐射剂量探测器。

1)着陆相机:用于着陆器着陆时动态捕捉着陆区的光学图像；

2)地貌相机:用于获取着陆区的月球表面图像，并监控月球车的月球表面运动；

3)低频无线电光谱仪:用于探测0.40兆赫范围内的太阳低频无线电特性和月球无线电环境；

(4)月球中子和辐射剂量探测器(中德合作):用于测量月球表面带电粒子、γ射线和中子的组合粒子辐射剂量和LET谱，测量月球表面快中子能谱和热中子通量，为未来载人登月安全活动和修订月球表面综合粒子辐射模型提供最新数据支持；

该月球车配备了四个科学有效载荷，包括全景照相机、红外成像光谱仪、月球雷达和中性原子分析仪，这些都是在中国开发并与瑞典合作的。

1)全景摄像机:用于获取巡逻区域的月度图像；

2)红外成像光谱仪:用于获取巡逻探测点的月光谱数据和几何图像数据；

3)月球雷达:用于探测巡逻路线上月球土壤的厚度和月球地壳的浅层结构；

4)中性原子分析仪(中瑞合作):用于在巡逻探测点观察能量范围为0.01~10 KeV的能量中性原子和正离子。这将是世界上第一次在月球表面进行能量中性原子探测。

此外，中继卫星还配备了科学有效载荷，即与荷兰合作的低频无线电探测器，用于探测太阳系和银河系中天体发出的0.80兆赫的低频无线电发射，为今后太阳系外的行星无线电探测提供重要的参考依据。

利用剩余的空间，“嫦娥四号”还将进行几个运载试验项目，主要如下:

1)月球轨道超长波天文观测微卫星(以下简称微卫星)；

(2)月球表面微生态圈的科普负荷；

3)月球中继激光测距项目；

以下是一个简单的逐项介绍

1)月球轨道超长波天文观测微卫星

当2018年5月21日发射“鹊桥”号中继卫星时，哈尔滨工业大学研制的两颗微型卫星分别被运载并发射，分别命名为“龙江一号”和“龙江二号”，使用的是CZ-4C运载火箭的剩余能力。两颗微型卫星分别搭载一个超长波探测器，演示和验证月球轨道深空编队飞行的关键技术，开展超长波天文干涉测量，开展超长波全天空图像采集、射电频谱测量、系统内太阳和行星的超长波射电活动观测等探索性研究。

其中一颗微型卫星还搭载了沙特阿拉伯开发的微型光学照相机，用于进行地月空间成像。不幸的是，其中一颗小卫星龙江一号在到达月球轨道时未能实现计划的编队观测。但是“龙江2号”发回了中国版的“地球崛起”照片，非常精美。

2)月球微生态系统的科普负荷

着陆器配备了一个重约3公斤的月球微生态系统，包含植物种子和昆虫卵，形成一个简单的生态系统，在月球表面自然阳光条件下验证植物的光合作用原理，在月球表面低重力条件下观察植物和动物的生长，积累建造空间生命支持系统的技术和经验，并向公众普及生物知识。这也是人类第一次在月球上做这样的生物实验，这对探索人类在月球上生活的一些问题具有重要意义。

微生态系统携带的生物物种暂定为马铃薯种子和蚕卵(似乎也包括拟南芥)。采用环柱结构，阳光通过顶部直径为10毫米的光导管引入设备，提供植物生长所需的能量；采用聚酯薄膜隔热层和半导体冷热板来控制负载的内部温度。采用登陆器电源和锂硫特种电池实现昼夜连续供电。生物生长过程的图像由内置摄像头捕捉并送回地面。

3)月球中继激光测距

中继卫星上装有一个17厘米大口径空心金字塔形反射镜，重1.6公斤，通过地面0.5米直径的激光发射望远镜和1米直径的激光接收望远镜配合进行月球与中继卫星之间的激光测距。估计的单向测距误差优于15毫米

该项目将实现首次国际纯反射激光地月测距实验，为嫦娥四号中继卫星提供轨道验证数据，为未来月球激光测距科学实验和下一代月球激光反射器的研制提供技术验证。在此之前，我们只在美国和苏联的探测器上实现了从地球到月球的激光测距。

“嫦娥四号”中继卫星搭载，激光测距实验用角镜设计

好吧，今天我们来谈谈。在接下来的几天里，请和老燕一起期待着我国航天领域的这一重要步骤和人类探测器首次软着陆月球背面的消息。