發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造力2小時(shí)前
疫情沒(méi)有給航天事業(yè)發(fā)展按下“暫停鍵”。
3月2日4時(shí)，嫦娥四號(hào)著陸器完成月夜設(shè)置，進(jìn)入第十五月夜休眠期。“玉兔二號(hào)”月球車?yán)塾?jì)行駛里程即將突破400米，目前達(dá)到399.788米。
此前，嫦娥四號(hào)科研團(tuán)隊(duì)根據(jù)已獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)，首次揭示了月球背面著陸區(qū)域地下40米深度內(nèi)的地質(zhì)分層結(jié)構(gòu)，并闡述了其作用與演化機(jī)制。
今天，我們來(lái)聽玉兔二號(hào)移動(dòng)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師講述嫦娥四號(hào)月背登陸背后的故事。
劉殿富
中國(guó)航天科技集團(tuán)八院研究員
玉兔二號(hào)移動(dòng)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師
為什么要去月球的背面？
這張照片相信大家都已經(jīng)很熟悉了，這是嫦娥四號(hào)探測(cè)器著陸月面之后拍攝的第一張近距離的月背影像圖。
嫦娥四號(hào)拍攝的月背影像圖
嫦娥四號(hào)著陸到月背，實(shí)現(xiàn)了人類首次月球背面的軟著陸和巡視探測(cè)。
很多人可能會(huì)有疑問(wèn)，月球背面不是沒(méi)有陽(yáng)光嗎？為什么這張照片陽(yáng)光明媚呢？
其實(shí)月球背面并不是背對(duì)著太陽(yáng)，而是背對(duì)著地球，所以，它也是有白天和晚上的，只不過(guò)它的一天大約相當(dāng)于地球的一個(gè)月。
那么，我們?yōu)槭裁匆ピ虑虻谋趁婺兀?/p>
首先，我們?cè)诘厍蛏嫌肋h(yuǎn)看不到月球的背面，人類也從未踏足過(guò)月背，那里古老而神秘，對(duì)我們而言始終是一個(gè)謎。
第二，月球背面沒(méi)有地球大氣層的影響，也沒(méi)有來(lái)自地球的電磁波干擾，是開展天文觀測(cè)和研究的理想之地。
2018年12月8號(hào)凌晨，嫦娥四號(hào)發(fā)射時(shí)，我在北京飛控中心的電腦前觀看發(fā)射。當(dāng)時(shí)微博上有人直播發(fā)射情況，在火箭升空進(jìn)入云層后宣稱任務(wù)成功。
實(shí)際上當(dāng)時(shí)我們?nèi)匀痪o張的盯著電腦屏幕，看著火箭的飛行曲線與預(yù)期的完全一致，然后是精確入軌、器箭分離，直到著陸器太陽(yáng)電池翼展開，這個(gè)時(shí)候我們知道發(fā)射成功了！
“嫦娥四號(hào)”飛行軌道示意圖
那么接下來(lái)幾天，可以看這個(gè)軌道的圖，是經(jīng)過(guò)了幾次的軌道修正，到達(dá)月球附近之后進(jìn)行近月制動(dòng)、環(huán)月降軌。在2019年1月3號(hào)進(jìn)入了一個(gè)動(dòng)力下降的過(guò)程，開始著陸。
為什么嫦娥三號(hào)從發(fā)射到著陸需要12天，而嫦娥四號(hào)需要26天呢？
其實(shí)我們從同樣的時(shí)間發(fā)射，到達(dá)月球的時(shí)間也基本相同。
當(dāng)嫦娥三號(hào)到達(dá)月球時(shí)，月球正面是白天，背面是晚上，剛好適合在月球正面著陸。
而嫦娥四號(hào)到達(dá)月球時(shí)，同樣月球正面是白天，背面是晚上，所以就繞著月球飛了半個(gè)月，等到月球背面是白天再著陸。
下面我們來(lái)看一下官方發(fā)布的著陸過(guò)程視頻。
月背第一道腳印
玉兔二號(hào)順利到達(dá)了月背，馬上就遇到了一個(gè)難題，可以看到玉兔二號(hào)正前方這個(gè)大坑，實(shí)際上附近有很多個(gè)大的撞擊坑，我們要怎樣從這些撞擊坑中突圍呢？
嫦娥四號(hào)巡視器行駛路線圖
從行駛路線圖可以看到，玉兔二號(hào)周圍撞擊坑密布，每個(gè)圈表示一個(gè)撞擊坑。月背的撞擊坑經(jīng)歷千萬(wàn)年甚至上億年的時(shí)間，坑里面的月壤可能變得非常松散，有可能使車輪深陷其中。
為了避開這些撞擊坑，到達(dá)科學(xué)家指定的考察點(diǎn)，我們每走一步都要對(duì)周圍一圈地形進(jìn)行拍照，然后把照片拼接在一起形成一張完整的地形圖。
飛控中心的玉兔駕駛員們?cè)敿?xì)計(jì)算，精心規(guī)劃，既要避免逆光行走和逆光拍照，又要避開撞擊坑，最終找出一條羊腸小道，指揮玉兔二號(hào)成功突圍，一路向西。
突圍成功之后，是不是就是一馬平川了呢？
我們又讓玉兔二號(hào)回頭看了看它走過(guò)的路。
我們發(fā)現(xiàn)，它和月球正面不大一樣，它的車轍不像月球正面那么清晰，這是為什么呢？
我們查看了避障相機(jī)的圖像，發(fā)現(xiàn)車輪上沾滿了月壤，玉兔二號(hào)走的過(guò)程中月壤被卷起，走過(guò)之后再落在車轍上，所以車轍很不清晰。
大家知道，我們著陸的地方叫馮·卡門撞擊坑，是一個(gè)有著上億年歷史的撞擊坑，它的直徑有幾十公里，地形平坦，山峰比較少，只有在中間的地方有一個(gè)中央峰。從車轍來(lái)看，這里的月壤非常松散。
在這樣的月壤上行走，我們的車輪為什么不會(huì)陷下去呢？
玉兔二號(hào)具有直線行走、曲線行走和原地轉(zhuǎn)向的能力。它的機(jī)動(dòng)性比較強(qiáng)，有利于在危險(xiǎn)地形下的脫困。
它有六個(gè)車輪，但只有一根軸跟車體連接，這里邊的機(jī)構(gòu)可以保證，不管是過(guò)障礙坑還是碾過(guò)石塊，任何地形下六個(gè)車輪都始終與月面接觸，防止翻車。
最后是輪面構(gòu)型，是篩網(wǎng)的構(gòu)型，它的重量比較輕，每個(gè)車輪只有700克。另外這種構(gòu)型不容易沉陷，在松散月壤上移動(dòng)時(shí)，即使陷進(jìn)去，月壤也不會(huì)在車輪前面堆積導(dǎo)致越陷越深。
所以，我們在設(shè)計(jì)上已經(jīng)從機(jī)動(dòng)性、穩(wěn)定性和車輪構(gòu)型三個(gè)方面，把在月背移動(dòng)的沉陷風(fēng)險(xiǎn)降到了最低。
有了駕駛員的精準(zhǔn)駕駛和我們?cè)O(shè)計(jì)上的可靠保證，經(jīng)過(guò)13個(gè)月之后的安全駕駛和穩(wěn)健巡視，玉兔二號(hào)的移動(dòng)距離突破300米、工作時(shí)間滿一年，超過(guò)前蘇聯(lián)月球車，成為在月球上工作時(shí)間最長(zhǎng)的月球車。
很多人也許也會(huì)有疑問(wèn)，13個(gè)月晝相當(dāng)于一年多一點(diǎn)的時(shí)間為什么只走了358米呢？
國(guó)外月球車和火星車移動(dòng)距離統(tǒng)計(jì)
我們看這張圖上，國(guó)外月球車和火星車的移動(dòng)距離統(tǒng)計(jì)，不管是前蘇聯(lián)和美國(guó)星球車都有幾十公里的移動(dòng)記錄。
為什么我們玉兔二號(hào)走得這么慢？
其實(shí)，我們的設(shè)計(jì)速度每小時(shí)可以走幾百米，但玉兔二號(hào)不是來(lái)月球賽跑的，我們的目的是科學(xué)探測(cè)和科學(xué)研究，有時(shí)候?yàn)榱司_探測(cè)，我們會(huì)幾厘米幾厘米，甚至達(dá)到毫米級(jí)的靠近目標(biāo)。
第一個(gè)在月球背面種棉花的人
著陸器配置的科學(xué)載荷
玉兔二號(hào)上配置的科學(xué)載荷主要包括全景相機(jī)、測(cè)月雷達(dá)、紅外光譜儀、中性原子探測(cè)儀。這些載荷用于月球地質(zhì)探測(cè)、宇宙天文科學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)研究。
玉兔二號(hào)配置的科學(xué)載荷
嫦娥四號(hào)還有一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是國(guó)際合作。
在嫦娥四號(hào)火箭整流罩上的相關(guān)方標(biāo)志里，除了中國(guó)國(guó)家航天局和中國(guó)探月工程的標(biāo)志外，還包括4大國(guó)際合作伙伴：德國(guó)、荷蘭、瑞典和沙特。
火箭整流罩上的任務(wù)相關(guān)方
其中，跟嫦娥四號(hào)中繼星一起發(fā)射的龍江二號(hào)微衛(wèi)星上搭載了沙特相機(jī)，為沙特拍到了第一張?jiān)虑蛘掌约熬W(wǎng)上廣為流傳的最美地月合影，照片在英國(guó)《獨(dú)立》報(bào)和美國(guó)《科學(xué)》雜志上刊發(fā)。
這也是中國(guó)航天與一帶一路沿線國(guó)家合作的又一個(gè)標(biāo)志性成果。
最美地月合影
嫦娥四號(hào)上還搭載有一項(xiàng)由重慶大學(xué)牽頭研制的科普載荷——“月面微型生態(tài)圈”，搭載了棉花、油菜、土豆、擬南芥、酵母和果蠅六種生物。
這是第一次，在月球上有一棵來(lái)自地球的植物發(fā)芽了，我們也成為了第一個(gè)在月球種棉花種土豆的人。
微博上也有人在說(shuō)，我們是走到哪種到哪的民族。
走到哪，種到哪
中國(guó)探月史回顧與展望
從2007年嫦娥一號(hào)到現(xiàn)在，目前我國(guó)仍有5個(gè)月球探測(cè)器同時(shí)在工作：包括嫦娥二號(hào)、嫦娥三號(hào)著陸器、鵲橋號(hào)中繼星、嫦娥四號(hào)著陸器和玉兔二號(hào)月球車。在2019年7月，龍江二號(hào)微衛(wèi)星退役前，我們同時(shí)有6個(gè)月球探測(cè)器在軌工作。
嫦娥一號(hào)是我國(guó)首顆月球衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了繞月飛行目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)了我們繞、落、回三步的目標(biāo)里面的第一步。
嫦娥二號(hào)同樣也實(shí)現(xiàn)了繞月探測(cè)的目標(biāo)，探測(cè)時(shí)拍攝的月面全景圖，至今仍用于玉兔二號(hào)的路徑規(guī)劃。
嫦娥二號(hào)完成任務(wù)之后飛向了深空，在穿過(guò)小行星帶時(shí)對(duì)圖塔蒂斯小行星進(jìn)行了清晰成像。
中國(guó)探月史回顧與展望
嫦娥三號(hào)探測(cè)器和玉兔號(hào)月球車實(shí)現(xiàn)了落月探測(cè)的目標(biāo)，是我國(guó)探測(cè)器首次地外天體軟著陸和巡視勘察。
下一步，嫦娥五號(hào)將實(shí)現(xiàn)月面采樣返回。
它包括四個(gè)部分：軌道器負(fù)責(zé)地月往返；著陸器負(fù)責(zé)帶著上升器一起著陸到月面；開展采樣之后，上升器負(fù)責(zé)從月面起飛，飛到月球軌道之后，和軌道上的軌道器對(duì)接；返回器負(fù)責(zé)攜帶樣品著陸地球。
嫦娥五號(hào)探測(cè)器結(jié)構(gòu)
這個(gè)過(guò)程非常復(fù)雜，之前前蘇聯(lián)也實(shí)施了很多次的嘗試，最終成功了三次，帶回了300多克的月壤，我們的嫦娥五號(hào)這次預(yù)計(jì)帶回2千克的月壤。
夢(mèng)中的月球基地
2013年12月底的時(shí)候，我們嫦娥三號(hào)的著陸器拍攝到了地球的照片。從那個(gè)時(shí)候起，我就時(shí)常夢(mèng)到我是月球基地的一名工作人員。當(dāng)我工作的間隙，偶爾會(huì)回頭看一下遠(yuǎn)處的地球家園。
中國(guó)探月工程的三步走的目標(biāo)，逐步的都要實(shí)現(xiàn)了，然而，這并不是終點(diǎn)。
未來(lái)，我們可以在月球建基地，開采月球資源，在月球建造火箭，從月球出發(fā)去探索更遙遠(yuǎn)的深空。
甚至，我們還可以到月球去旅游。
夢(mèng)想雖然很遙遠(yuǎn)，夢(mèng)想也終將實(shí)現(xiàn)。
