科技館里學航天

李志忠

“嫦娥四號”著陸器上裝有多臺調姿發動機，保證它可以穩定降落在月面上。

在中國科學技術館四層的環廊一角，矗立著一個身披“黃金甲”的巨大模型，旁邊還有一輛“小車”，它們就是人類歷史上第一次降落在月球背面的航天器，大名鼎鼎的“嫦娥四號”月球探測器的等比例模型。

雖然這組展品只是一個1：1 的結構模型，但其關鍵結構卻一點都不少。伸出兩只“長腿”的“大家伙”是“嫦娥四號”的著陸器，在它旁邊支著一雙大“眼睛”的四輪小車則是“玉兔二號”巡視器（即月球車）。

前50 個月晝“玉兔二號”月球車在月面行駛的軌跡圖，行駛距離累計1455.2 米，距離“嫦娥四號”著陸器的直線距離為865.1 米。（圖片來源：國家航天局）

著陸器是“嫦娥四號”最關鍵的組成部分，它是負責攜帶“玉兔二號”實現月面軟著陸的飛行器。在其下方有一臺7500N 的變推力發動機，利用這臺發動機可以控制著陸器的下降速度，實現空中懸停。在“嫦娥四號”實際降落時，它會在3000 米到100米的高度進行多次懸停，利用底部的相機拍攝月面照片，選擇合適的降落位置。在著陸器的四周還配有一些噴嘴形的裝置，這些都是著陸器的調姿發動機，用于控制著陸器的空中姿態，確保其以最穩定的狀態降落在月面。在著陸器上部還有太陽能電池板、通信天線與全景相機等設備，用于實現著陸器獨立的觀測功能。

中國科技館里展出的“玉兔二號”月球車模型

說完著陸器，再來看看旁邊的“玉兔二號”巡視器。這輛月球車可不簡單，最近的報道顯示，它已在月球活動了4 年多，累計行駛近1500 米。別看它個頭小，能力可不弱，除了頭頂的全景攝像機用于拍攝月球美景外，在其底部還有一臺測月雷達，用于在巡視路線上直接探測30 米內月壤結構和測量月面以下100—200 米深處的淺層月殼結構。經過4 年多的運行，它已經對著陸點附近的各種地貌進行了詳細的探測。

相比于“玉兔一號”，“玉兔二號”面臨的環境更加復雜，因此它也有了更突出的優點。

一是更自主。由于“嫦娥四號”著陸在月球背面，雖有中繼星，但通信還是不如“嫦娥三號”方便，因此“玉兔二號”月球車具備根據光照條件自主地進入休眠狀態的能力，喚醒后能自主設置進入穩定的工作狀態。

二是更強壯?？蒲腥藛T改進了“玉兔二號”月球車上的各種走線布局，采取防護措施避免短路發生。此外還在系統上做好故障隔離設計，即使局部出現問題，也不會讓問題進一步擴展?！坝裢枚枴痹虑蜍嚨慕Y構更堅固，應付惡劣環境和困難的能力更強。

三是更特殊的設計。針對任務面臨的復雜地形條件、中繼通信新需求、科學目標的實際需要等因素，“玉兔二號”的運動安全、能源供給、科學探測和測控通信等方面均有著特殊設計。

葉培健院士（左）與“嫦娥”月球探測器模型

值得一提的是，“嫦娥四號”探測任務的成功離不開“嫦娥”系列月球探測器總指揮兼總設計師顧問葉培健院士的執著。由于“嫦娥三號”落月探測器出色地完成了預定任務，作為其備份星，“嫦娥四號”是否要發射及其承擔的任務曾在較長一段時間內不能確定，主要原因是專家意見不一致，分歧的核心在于“嫦娥四號”是落在月球正面還是背面。

最初，很多專家認為“嫦娥四號”還是應該落到月球正面，這樣比較牢靠，技術風險小，不會節外生枝，但葉培健院士主張落到月球背面。葉院士認為，落到月球背面，如果成功了是一大亮點；如果不成功，因為這是人類第一次嘗試，也可以原諒。葉院士的提議通過了，“嫦娥四號”實現了人類第一次著陸月球背面并開展探測活動。

“嫦娥四號”不是一個很大、很復雜的月球探測器，而且還是個“備份星”，但其發射的意義卻非常深遠，它的發射成功創造了多個“首次”。

1959 年，蘇聯“月球3 號”探測器首次繞到月球背面，拍攝了世界上第一張月球背面照片。

科研人員為“嫦娥四號”精心設計的飛行軌道，使其能在月球背面安全著陸。（圖片來源：新華社/ 國家航天局）

1959年，蘇聯“月球3 號”探測器首次繞到月球背面，拍攝了世界上第一張月球背面照片。

第一，“嫦娥四號”是首次到達月球背面的探測器。由于月球的自轉周期與繞地球的公轉周期相同，地球上的人永遠無法看到月球的背面，因此很多科幻影片都把月球背面描述得格外神秘——有外星人、宇宙飛船、神秘基地……而真實的月球背面到底有什么呢？盡管過去60 多年人類已經發射了100 多個月球探測器，但只有不載人的環繞月球軌道器和載人的“阿波羅”飛船遠遠地看到過月球背面，并沒有一個探測器真正地到達月球背面進行探測。因此，“嫦娥四號”是世界上第一個在月球背面軟著陸和巡視探測的航天器。

第二，“嫦娥四號”首次發射了月球探測中繼衛星。受月球自身遮擋，著陸在月球背面的探測器無法直接實現與地球的測控通信和數據傳輸?！版隙鹚奶枴钡摹谤o橋”中繼星成為架設在“嫦娥四號”著陸器和巡視器與地球間的“通信站”、搭建地月信息聯通的“天橋”。4 年多來，“鵲橋”圓滿完成了它的任務，承擔了“嫦娥四號”地月中繼測控通信的職責。

第三，“嫦娥四號”首次在月球上開展月面生態系統研究。在“嫦娥四號”著陸器上搭載著一個“月面微型生態圈”，這個小罐子里放置了兩種種子、蠶卵、土壤、水、營養液和空氣以及微型相機和信息傳輸系統等科研設備，可進行史無前例的月面生態系統研究。

“嫦娥四號”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，首次實現了月球背面同地球的中繼通信，并與多個國家和國際組織開展了具有重大意義的國際合作。這是中國航天堅持自力更生、自主創新取得的又一重大成就，是中國由航天大國向航天強國邁進的重要標志之一，是新時代中國人民攀登世界科技高峰的新標桿、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。

為解決通信阻礙，我國于2018 年5 月21 日發射了一顆中繼通信衛星“鵲橋號”，定位于地月拉格朗日L2 點附近。該點位于地月球心連線上靠近月球的一側，距月球約6.5 萬千米，能同時“看到”地月，成為地月通信的“使者”。此圖為“鵲橋號”中繼星為地球和“嫦娥四號”提供數據中轉的模擬效果圖。（圖片來源：國家航天局）

希望“嫦娥四號”著陸器和“玉兔二號”月球車能繼續穩定工作，為人類揭開更多月球背面的秘密。（圖片來源：國家航天局）