中国将首次尝试在月球背面软着陆

着陆：人类将引导中国嫦娥4号着陆器完成登陆月球表面的降落过程的前三个阶段，之后，航天器将自动完成着陆。

今年12月，中国将首次尝试在月球背面软着陆。目前官方还没有正式宣布发射日期，但有传言说，嫦娥4号将于12月8日左右发射，然后于当月晚些时候着陆。

参与这一任务的科学家们说，准确地在月球上的特定地点着陆并在那里进行自主探索的能力，将为未来的月球和深空探测（包括在本世纪20年代初探测月球两极的扩大任务）奠定基础。但是他们雄心勃勃的计划需要新的和改进的通信、导航及着陆技术。

嫦娥4号着陆器和月球探测车可能很快成为首个达到月球背面的航天器。它最初是作为嫦娥3号任务的备份而设计的，嫦娥3号任务在2013年完成了中国的首次登月。在嫦娥3号成功降落在月球近侧的熔岩场“雨海”（Mare Imbrium）之后，嫦娥4号航天器被改装用于远侧着陆。

值得注意的是，嫦娥3号月球探测车“玉兔”在月球上漫游了两个月球日（按地球时间计算，即大约一个月）仅移动了114米后，就永久失去了漫游能力。中国空间技术研究院副院长李明在今年10月于德国举行的国际宇航大会（International Astronautical Congress）上表示，这个问题与很小的部件有关，但他并没有透露技术细节。他补充说，新的重达140公斤的嫦娥4号月球探测车应该能被证明比“玉兔”更可靠，工作时间也应比“玉兔”的设计寿命三个月更长。

图片来源：上图，中国空间技术研究院；下图，路透社。

远离家乡：鹊桥卫星（上图中显示为橙色的）沿着一个刚好经过月球（灰色）上方的轨道（绿色）运行。从那里，它可以将来自中国新月球车（下图）的信息传递到地球。

嫦娥4号任务团队面临的第一个挑战是不能直接从地球上看到月球的远端。随着时间的推移，地球的引力已经减缓了月球的自转速度，使月球的自转周期与其绕地球公转的周期相同，结果是月球的一侧总是面向地球。不幸的是，由于无法清楚地看到月球的另一侧，地球人很难通过放置在那里的探测车来发送和接收信号。

为了解决这个问题，中国于今年5月份发射了一颗名为“鹊桥”的通信中继卫星，该卫星越过月球，进入名为利萨丘（Lissajous）的轨道。在这一轨道上，该卫星将围绕月球外约6万到8万公里处的一个点（也称为地月第二拉格朗日点）旋转。从那里，它将始终保持在月球的远侧及地球的视线之内。

如果一切按计划进行，鹊桥将使用远距离无线电波X波段与着陆器和探测车进行通信，而后两者将通过超高频无线电相互通信。中国的地面站和鹊桥将使用S波段来回发送数据。中国最近扩大了其地面站的范围，将阿根廷和纳米比亚的地面站与在中国佳木斯和喀什的站点进行了联网，以便对航天器进行遥测、跟踪和指挥。

面临的另一个挑战是这个重3780公斤的航天器要着陆的月球远侧的地形与月球近侧的有很大的不同。远侧的月球表面崎岖不平，平坦的月海（即黑色的玄武岩平原）很少，而近侧的月球表面上月海很多。远侧的月球表面高度变化更大，陨石坑覆盖范围更广。所有这一切使得寻找大的、平坦的着陆点变得困难，这意味着候选着陆点的大幅减少，嫦娥3号有数百平方公里可用区域，而嫦娥4号只有数十平方公里可用区域。

由于这些限制，嫦娥4号将着陆区域瞄准在南极—艾托肯盆地内直径180公里的冯·卡门陨石坑。该区域是太阳系中最古老的撞击盆地，科学家们对它非常感兴趣，因为它可能包含月球地幔的裸露区域，并为地月系统的演变提供线索。负责研制着陆器上的低频射电频谱仪的首席研究员平劲松说，对于着陆而言至关重要的是，冯·卡门陨石坑比南极—艾托肯盆地的任何其他地方都更平坦。

照片来源：路透社

探月任务：这张嫦娥3号着陆器的快照是由2013年伴随它登上月球的探测车拍摄的。

嫦娥4号的制导、导航和控制子系统（它将指导着陆器的运动、确定着陆器的位置并规划着陆器的航线）所使用的算法已被修改，以防止起伏的远侧地形对着陆器产生不利影响。

嫦娥4号航天器向月球表面降落的过程将分六个阶段。前三个阶段分别为初始减速、快速姿态和重新定位调整，以及接近，这三个阶段将被远程控制。后三个阶段分别为悬停、危险规避和缓慢下降，将由着陆器自动执行。在降落过程中，航天器将飞行约450公里，但嫦娥3号降落所使用的斜前向轨线将被嫦娥4号更为垂直向下的轨线所取代。

着陆器和探测车也已经适应了它们在月球表面的新角色。它们各自包含一个基于放射性同位素热电式发电机的电源，使得它们可以测量土壤温度（例如，在月球夜间当月球表面温度降至接近-180°C时也能测量）。随着所有这些准备工作的就绪，嫦娥4号终于准备好在月球上开辟新天地，并与它在地球上的缔造师们分享其发现。