著陸：人類將引導(dǎo)中國嫦娥4號著陸器完成登陸月球表面的降落過程的前三個階段，之后，航天器將自動完成著陸。

今年12月，中國將首次嘗試在月球背面軟著陸。目前官方還沒有正式宣布發(fā)射日期，但有傳言說，嫦娥4號將于12月8日左右發(fā)射，然后于當(dāng)月晚些時候著陸。

參與這一任務(wù)的科學(xué)家們說，準(zhǔn)確地在月球上的特定地點著陸并在那里進(jìn)行自主探索的能力，將為未來的月球和深空探測（包括在本世紀(jì)20年代初探測月球兩極的擴(kuò)大任務(wù)）奠定基礎(chǔ)。但是他們雄心勃勃的計劃需要新的和改進(jìn)的通信、導(dǎo)航及著陸技術(shù)。

嫦娥4號著陸器和月球探測車可能很快成為首個達(dá)到月球背面的航天器。它最初是作為嫦娥3號任務(wù)的備份而設(shè)計的，嫦娥3號任務(wù)在2013年完成了中國的首次登月。在嫦娥3號成功降落在月球近側(cè)的熔巖場“雨?！保∕are Imbrium）之后，嫦娥4號航天器被改裝用于遠(yuǎn)側(cè)著陸。

值得注意的是，嫦娥3號月球探測車“玉兔”在月球上漫游了兩個月球日（按地球時間計算，即大約一個月）僅移動了114米后，就永久失去了漫游能力。中國空間技術(shù)研究院副院長李明在今年10月于德國舉行的國際宇航大會（International Astronautical Congress）上表示，這個問題與很小的部件有關(guān)，但他并沒有透露技術(shù)細(xì)節(jié)。他補(bǔ)充說，新的重達(dá)140公斤的嫦娥4號月球探測車應(yīng)該能被證明比“玉兔”更可靠，工作時間也應(yīng)比“玉兔”的設(shè)計壽命三個月更長。

圖片來源：上圖，中國空間技術(shù)研究院；下圖，路透社。

遠(yuǎn)離家鄉(xiāng)：鵲橋衛(wèi)星（上圖中顯示為橙色的）沿著一個剛好經(jīng)過月球（灰色）上方的軌道（綠色）運行。從那里，它可以將來自中國新月球車（下圖）的信息傳遞到地球。

嫦娥4號任務(wù)團(tuán)隊面臨的第一個挑戰(zhàn)是不能直接從地球上看到月球的遠(yuǎn)端。隨著時間的推移，地球的引力已經(jīng)減緩了月球的自轉(zhuǎn)速度，使月球的自轉(zhuǎn)周期與其繞地球公轉(zhuǎn)的周期相同，結(jié)果是月球的一側(cè)總是面向地球。不幸的是，由于無法清楚地看到月球的另一側(cè)，地球人很難通過放置在那里的探測車來發(fā)送和接收信號。

為了解決這個問題，中國于今年5月份發(fā)射了一顆名為“鵲橋”的通信中繼衛(wèi)星，該衛(wèi)星越過月球，進(jìn)入名為利薩丘（Lissajous）的軌道。在這一軌道上，該衛(wèi)星將圍繞月球外約6萬到8萬公里處的一個點（也稱為地月第二拉格朗日點）旋轉(zhuǎn)。從那里，它將始終保持在月球的遠(yuǎn)側(cè)及地球的視線之內(nèi)。

如果一切按計劃進(jìn)行，鵲橋?qū)⑹褂眠h(yuǎn)距離無線電波X波段與著陸器和探測車進(jìn)行通信，而后兩者將通過超高頻無線電相互通信。中國的地面站和鵲橋?qū)⑹褂肧波段來回發(fā)送數(shù)據(jù)。中國最近擴(kuò)大了其地面站的范圍，將阿根廷和納米比亞的地面站與在中國佳木斯和喀什的站點進(jìn)行了聯(lián)網(wǎng)，以便對航天器進(jìn)行遙測、跟蹤和指揮。

面臨的另一個挑戰(zhàn)是這個重3780公斤的航天器要著陸的月球遠(yuǎn)側(cè)的地形與月球近側(cè)的有很大的不同。遠(yuǎn)側(cè)的月球表面崎嶇不平，平坦的月海（即黑色的玄武巖平原）很少，而近側(cè)的月球表面上月海很多。遠(yuǎn)側(cè)的月球表面高度變化更大，隕石坑覆蓋范圍更廣。所有這一切使得尋找大的、平坦的著陸點變得困難，這意味著候選著陸點的大幅減少，嫦娥3號有數(shù)百平方公里可用區(qū)域，而嫦娥4號只有數(shù)十平方公里可用區(qū)域。

由于這些限制，嫦娥4號將著陸區(qū)域瞄準(zhǔn)在南極—艾托肯盆地內(nèi)直徑180公里的馮·卡門隕石坑。該區(qū)域是太陽系中最古老的撞擊盆地，科學(xué)家們對它非常感興趣，因為它可能包含月球地幔的裸露區(qū)域，并為地月系統(tǒng)的演變提供線索。負(fù)責(zé)研制著陸器上的低頻射電頻譜儀的首席研究員平勁松說，對于著陸而言至關(guān)重要的是，馮·卡門隕石坑比南極—艾托肯盆地的任何其他地方都更平坦。

照片來源：路透社

探月任務(wù)：這張嫦娥3號著陸器的快照是由2013年伴隨它登上月球的探測車拍攝的。

嫦娥4號的制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制子系統(tǒng)（它將指導(dǎo)著陸器的運動、確定著陸器的位置并規(guī)劃著陸器的航線）所使用的算法已被修改，以防止起伏的遠(yuǎn)側(cè)地形對著陸器產(chǎn)生不利影響。

嫦娥4號航天器向月球表面降落的過程將分六個階段。前三個階段分別為初始減速、快速姿態(tài)和重新定位調(diào)整，以及接近，這三個階段將被遠(yuǎn)程控制。后三個階段分別為懸停、危險規(guī)避和緩慢下降，將由著陸器自動執(zhí)行。在降落過程中，航天器將飛行約450公里，但嫦娥3號降落所使用的斜前向軌線將被嫦娥4號更為垂直向下的軌線所取代。

著陸器和探測車也已經(jīng)適應(yīng)了它們在月球表面的新角色。它們各自包含一個基于放射性同位素?zé)犭娛桨l(fā)電機(jī)的電源，使得它們可以測量土壤溫度（例如，在月球夜間當(dāng)月球表面溫度降至接近-180°C時也能測量）。隨著所有這些準(zhǔn)備工作的就緒，嫦娥4號終于準(zhǔn)備好在月球上開辟新天地，并與它在地球上的締造師們分享其發(fā)現(xiàn)。