“嫦娥四号”，月背软着陆

尹怀勤

国防科工局今年1月宣布，我国“嫦娥四号”探月卫星已经通过探月工程重大专项领导小组审议，将在2018年发射，去完成人类航天器月球背面的首次软着陆。虽然人类对月球探测已有半个多世纪之久，但尚未有探月卫星实现月球背面着陆。因此，这一消息引起了国内外业界人士的高度关注。

“嫦娥工程”增添的一项新任务

众所周知，我国的探月工程又被叫做“嫦娥工程”，具体计划分为“绕、落、回”三个阶段。

由于“嫦娥三号”的任务于2013年12月4日顺利完成，因此探月专家就萌生了让它的备份器“嫦娥四号”去完成一些新任务的想法。于是，“嫦娥四号”在月球背面软着陆的使命便应运而生了。

由于软着陆月背的环境条件和肩负的使命不同，科研人员将“嫦娥四号”携带的有效载荷做了一些调整和变动：保留了“嫦娥三号”上的降落相机、地形地貌相机，以及巡视器上的全景相机、测月雷达和红外成像光谱仪;新增了着陆器上的低频射电频谱仪、与俄罗斯合作研发的月尘测量仪，巡视器上还可能携带与瑞典合作研发的中性粒子探测仪。

2016年3月，为了激发公众的探索热情，国防科工局联合四部委，向公众发起了可工作在“嫦娥四号”着陆器、巡视器或中继卫星上，用于探测活动、科学实验或技术试验的载荷创意征集活动。这就表明，“嫦娥四号”升空时，还有可能携带其他新研制的有效载荷，成为一位集军民融合、国际合作、公众参与于一身的“月球使者”。

“嫦娥四号”落月的重要意义

月球背面之所以对人类具有巨大诱惑力，是因为那里存在着一个从月球南极延伸至中纬度区域的艾托肯盆地，其最宽处直径达2400千米，深度约为8千米。由于该地终年不见阳光，环境温度很低，因此专家估计那里可能存在着储量丰富的水冰。此外，该盆地还可能存在可供开发的矿产资源。

艾托肯盆地

艾托肯盆地是太阳系中拥有40亿年历史的极大、极深和极古老的火山口之一，很可能埋藏着太阳系形成初期的秘密。航天专家认为，可以在该盆地的合适位置部署一个低频无线电天线阵，来观测宇宙早期的第一批恒星，开拓天文学的视野。

我国探月工程将利用月球背面屏蔽地球无线电干扰的独特条件，开展对太阳和其他天体的科学观测，让其成为射电天文学和其他相关科学研究的平台。同时，月球背面保存着很多最古老的月壳岩石，利用“嫦娥四号”对其开展地质特征调查，有望在国际上首次建立集月球地形地貌、浅层结构、物质成分于一体的综合地质剖面和演化模型，帮助人类获得对月球早期演化历史的新认识，更深入地了解月球的现状。从深空探测的角度而言，这都具有重要的科学价值。

“嫦娥四号”可能会在月球背面的南极艾托肯盆地获取地幔物质样品

在地月L2点晕轨道实现中继通信

由于月球背面永远背对地球，“嫦娥四号”软着陆之后要实现与地球的信号传输，就需要向地球和月球系统的第二个平动点，即地月系统拉格朗日-2点（简称地月L2点）发射一颗卫星作为空间通讯中继站。此举也是“嫦娥四号”探月任务获得成功的一大关键。

地月系统拉格朗日L2点始终处于月球背面上空，并和月球一起以相等的角速度围绕地球运动。因此从地球上无法用无线电与停泊在该点的航天器进行联络。为了解决这个问题，航天专家选择了晕轨道的办法予以应对。

晕轨道就是位于垂直地-月连线平面内的，以平动点L2为圆心的圆形轨道。从地球上看，在晕轨道上运行的航天器呈现为围绕月球的视运动。由计算可知，当轨道半径大于3500千米时，即可达到可视效果。而围绕平动点运行的航天器周期约为半个月，这样就解决了与地面通信的难题。因此，运行在地月系统拉格朗日L2点晕轨道上的航天器要成为称职的中继站，必须要具备控制轨道的能力。

地月系统5个拉格朗日点分布示意图

根据目前“嫦娥四号”探月卫星的研制情况和方案来看，我国计划在2018年6月先发射部署中继星，同年年底再发射着陆器和巡视器。

综上所述，此次“嫦娥四号”探月任务有望实现以下三大壮举：首次实现人类探测器造访月球背面;首次为科技工作者提供月球背面空间科学研究平台，获得一批重大的原创性科研成果;首次实现人类航天器在地月L2点对地月中继通信。

月球背面就像被头纱遮盖的神秘女子的 “侧脸”，诱得人们总想一睹芳容。然而，受通讯的限制，人们至今未曾遂愿。但我们坚信，“嫦娥四号”探月卫星必将一尝所愿！这份自信，源于中国探月者们曾经交出的一份份令世人侧目的满意答卷！