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2018年12月8日02時(shí)23分，搭載嫦娥四號月球探測器的長(cháng)征三號乙運載火箭順利升空，“嫦娥”再次開(kāi)啟耗時(shí)約半個(gè)月的“奔月之旅”。與之前“奔月”的姐妹們不同，這次嫦娥四號瞄準的是人類(lèi)探測器從未抵達過(guò)的月球背面，“不論是探地形還是探月壤成分，嫦娥四號都是代表人類(lèi)第一次獲得一手數據”，嫦娥四號探測器項目執行總監張熇如此說(shuō)。美國《福布斯》雜志12月5日文章稱(chēng)，中國開(kāi)展的是一項勇敢無(wú)畏的登陸月球使命。
嫦娥四號這次“奔月之旅”將實(shí)現三個(gè)國際首次、一個(gè)國內首次。即，國際上首次月球背面軟著(zhù)陸和巡視探測，國際上首次月球拉格朗日L2點(diǎn)中繼與探測，國際上首次月基低頻射電天文觀(guān)測，國內首次實(shí)測月夜期間淺層月壤溫度。
由于月球自轉周期和公轉周期相等，加上被地球潮汐鎖定，地球強大的引力讓月球總是一面朝向地球，所以我們在地球上只能看見(jiàn)月球的正面，而背面永遠也看不見(jiàn)。月球背面到底是啥樣，嫦娥四號將第一次身臨其境觸摸它。
古人觀(guān)月，并非完全看不到月球背面。據五院科研人員介紹，月球存在著(zhù)“天秤動(dòng)”，像鐘擺一樣來(lái)回擺動(dòng)，因此，至少有10%至20%的月球背面的邊緣地帶可以從地球上看到，比如一個(gè)跨越1000千米的撞擊盆地東海。
1959年10月7日，蘇聯(lián)“月球三號”探測器傳回月球背面的第一張照片后，月球背面的“真容”就第一次被揭開(kāi)了。依照這些珍貴的照片資料，蘇聯(lián)在1960年11月6出版了第一份月球背面地圖，一年之后，又制作了第一個(gè)月球儀，更加清晰的呈現出月球背面的初步特征。在1965年7月20日，蘇聯(lián)“探測器三號”傳送回了25張畫(huà)質(zhì)更好的月球背面照片，分辨率比“月球三號”高了許多，從照片中可以看到月球背面有一條長(cháng)數百千米的鏈狀隕石坑。1967年，蘇聯(lián)根據這批照片出版了包含4000個(gè)新發(fā)現的月球背面地形目錄的地圖，同年發(fā)布了第一份比例為1:5 000 000完整的月面圖和修訂后完整的比例為1:10 000 000月球儀，月球95%的表面都在上面呈現了出來(lái)。
人類(lèi)首次與月背面對面是在1968年，“阿波羅八號”在進(jìn)行載人登月任務(wù)試驗的時(shí)候，宇航員威廉·安德斯看到的。他描述說(shuō)，“月球背面看起來(lái)像我在孩提時(shí)玩過(guò)一段時(shí)間的沙堆，它們全都被翻起來(lái)，沒(méi)有邊界，到處是一些碰撞痕和坑洞”。從那時(shí)開(kāi)始，“阿波羅十號”一直到“阿波羅十七號”的宇航員都曾看到過(guò)月球的背面。
2010年12月21日，據美國媒體報道，美國國家航空航天局的“月球勘測軌道器”拍攝了一組“驚人”的月球背面照片，這些照片的解析度是以往所拍月球背面照片的106倍，所呈現的細節精細程度也創(chuàng )下了歷史紀錄。根據這些最新照片數據，美國宇航局繪制了月球背面數字海拔地形圖，地形圖直觀(guān)地揭示了月球背面的地形。
這次嫦娥四號面臨的將是什么樣的著(zhù)陸環(huán)境呢？據航天科技集團五院專(zhuān)家介紹，乍一看上去，月球背面這張“面孔”并不漂亮，那是一張“麻子臉”，隕石坑的數量比月球正面要多的多，放眼望去隨處可見(jiàn)，密密麻麻的。月背的“皺紋”也多，布滿(mǎn)了溝壑、峽谷和懸崖，而月球正面相對平坦的地方比較多。另外還有幾處巨大的“痤瘡”，暗斑中的物質(zhì)與月面的普通物質(zhì)相比有著(zhù)很大的不同，這種現象似乎能夠說(shuō)明月球背面由于毫無(wú)遮攔的暴露在太空里，因而遭遇了大量天體的直接撞擊。經(jīng)年累月，月球就像一個(gè)盾牌，為地球擋住了隕石，守護了地球的安全。
月球背面還是個(gè)“厚臉皮”，它的月殼從整體來(lái)講比正面要厚。究竟是什么原因導致月殼厚度不一樣，眾說(shuō)紛紜，是天文學(xué)界的一個(gè)未解之謎。不過(guò)，“厚臉皮”為月球背面的“白膚色”提供了佐證。照片顯示，月球背面巨大的隕石坑都呈現出白色，好象從來(lái)沒(méi)有暗色的熔巖從上面流過(guò)?？茖W(xué)家們研究認為，由于月球背面的月殼很厚，熔巖無(wú)法溢出，而正面月殼很薄，熔巖很容易破縫流淌在表面，所以顏色比正面要“白皙”的多。
此外，月球正面月海很多，而月球背面卻只有3個(gè)，它們的名字分別叫東海、莫斯科海和智海。月球正面有許多巨大綿延起伏的山巒，而背面卻不像正面那么多。
由于目前還沒(méi)有宇航員或月球車(chē)登上月球的背面，因此，我們對它的詳細情況除了借助照片判斷，其它的知之不多。而嫦娥四號探測器，為人類(lèi)逐步揭開(kāi)月球背面的神秘面紗邁出了關(guān)鍵的一步。
人工智能協(xié)助發(fā)射
據《環(huán)球時(shí)報》記者了解，這是長(cháng)征三號甲系列運載火箭第五次執行探月工程發(fā)射任務(wù)，此前這款中國的金牌運載火箭家族已成功將嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號、探月工程三期再入返回飛行試驗器送入預定軌道，可以稱(chēng)得上是嫦娥奔月的“專(zhuān)屬列車(chē)”。
不過(guò)這次嫦娥四號奔赴月球背面，對發(fā)射提出了更高要求。據金志強總指揮介紹，為滿(mǎn)足嫦娥四號進(jìn)入遠地點(diǎn)約42萬(wàn)公里的地月轉移軌道的入軌精度要求，嫦娥四號任務(wù)火箭設計入軌精度相比嫦娥三號提高了30%以上。此外這次發(fā)射每天有兩個(gè)發(fā)射窗口，其中第一個(gè)發(fā)射窗口有效寬度2分鐘，46分鐘后進(jìn)入第二個(gè)發(fā)射窗口，窗口寬度僅1分鐘。為確?；鸺梢栽诎l(fā)射窗口要求時(shí)間內準時(shí)發(fā)射，研制團隊對軌道設計和產(chǎn)品可靠性都進(jìn)行大量改進(jìn)。
值得一提的是，當前熱門(mén)的人工智能技術(shù)也融入運載火箭的智慧化發(fā)射中。據介紹，研究團隊通過(guò)大數據和智能搜索技術(shù)，輸入火箭整個(gè)生命周期中的多次試驗和故障數據記錄，自動(dòng)記憶并學(xué)習故障高發(fā)薄弱環(huán)節，結合專(zhuān)家系統等推理工具，克服高密度發(fā)射期人員頻繁更換、現場(chǎng)經(jīng)驗不足導致數據分析時(shí)間長(cháng)等缺陷，有效提高數據分析的深度與準度，最終實(shí)現運載火箭智慧化發(fā)射監測。
太空等待的“鵲橋”
在漫長(cháng)的“奔月之旅”中，“嫦娥”在浩瀚的太空中也并不“孤單”——一位專(zhuān)一的“情郎”已經(jīng)跨越幾十萬(wàn)公里路程，在深空中等待著(zhù)。這就是6個(gè)月前發(fā)射的嫦娥四號中繼星——“鵲橋”。據介紹，嫦娥四號探測器要到月球背面安家落戶(hù)，首先遇到的就是它與地球不僅相隔遙遠的地月距離，而且還要隔著(zhù)通信信號無(wú)法穿透的月球。
為保障地球與月球背面之間的通信聯(lián)系，讓嫦娥四號與地球之間的數據傳輸不受阻擋，2018年5月21日，通信中繼星“鵲橋”奔向太空，前往位于月球至地月拉格朗日L2點(diǎn)的預定軌道，開(kāi)始搭建地月信息聯(lián)通“鵲橋”的航程。
在這半年中，“鵲橋”會(huì )經(jīng)歷一段沒(méi)有光照的日子。專(zhuān)家透露，沒(méi)有太陽(yáng)照射的時(shí)候，陰影區的溫度是零下200攝氏度左右，最冷的地方將達到零下230攝氏度，在如此嚴寒下，“鵲橋”在太空中需要經(jīng)歷嚴酷的考驗。為了使它在“冰窖”似的環(huán)境里不被“凍壞”，研制中，科技人員除了采用特殊的材料外，還進(jìn)行了大量的極端環(huán)境下的試驗，有效保證了這些天線(xiàn)能夠應對嚴酷環(huán)境的考驗。
為迎接嫦娥四號的到來(lái)，2018年11月9日至11月23日，研制人員對“鵲橋”中繼星進(jìn)行了一次在軌的“體檢”。“體檢”報告顯示，“鵲橋”非常健康！
為探察月球背面而“脫胎換骨”
許多航天迷都知道，嫦娥四號原先是嫦娥三號的備份星，但據抓總研制嫦娥四號探測器的航天科技集團五院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“五院”）的科研人員介紹，在嫦娥三號圓滿(mǎn)完成任務(wù)后，嫦娥四號被賦予了新的擔當——實(shí)現人類(lèi)首次月球背面軟著(zhù)陸和巡視勘察。為此嫦娥四號已經(jīng)“脫胎換骨”，成為全新的航天器。
據介紹，嫦娥四號任務(wù)的科學(xué)目標都是在月球背面完成的，包括實(shí)現月基低頻射電天文觀(guān)測，月球背面巡視區形貌、礦物組份探測和月球背面巡視區淺層結構探測。月球背面沒(méi)有來(lái)自地球的無(wú)線(xiàn)電波的干擾，是進(jìn)行射電天文觀(guān)測的最佳場(chǎng)所，如果能利用這一自然地形架設無(wú)線(xiàn)電望遠鏡，就好像把“天文臺”搬到了月球背面。嫦娥四號著(zhù)陸器在月球背面軟著(zhù)陸后，將開(kāi)展月基低頻射電天文觀(guān)測研究，預期還可以獲得一批原創(chuàng )性的科學(xué)成果。“因為沒(méi)有別的探測器到過(guò)月球背面，所以不論是探地形還是探月壤成分，應該都是人類(lèi)第一次獲得一手數據”，嫦娥四號探測器項目執行總監張熇說(shuō)。
嫦娥三號著(zhù)陸區是月球正面的虹灣。那里布滿(mǎn)了月海玄武巖，地勢較為開(kāi)闊、平坦，位于大型撞擊坑、月海、高地（山脈）交匯地區，有利于科學(xué)勘察目標的選擇，當然也有利于與地球的通信聯(lián)系。據嫦娥四號探測器副總師吳學(xué)英介紹，嫦娥四號的主著(zhù)陸區為月球背面靠近南極一個(gè)叫馮·卡門(mén)撞擊坑的地方，這里著(zhù)陸區面積比虹灣地區小了許多，因為月球背面山峰林立，大坑套小坑，很難找出再大一些、平坦一些的地方，供嫦娥四號安身。因此，嫦娥四號著(zhù)陸器在凸凹不平“巴掌大”的地方軟著(zhù)陸，需要具有比嫦娥三號更準確的著(zhù)陸精度。
