“接地氣”的中國探月

劉源隆

將最前沿的航天科技工程與孩子們的科普教育相結合，一直是中國航天工程的特色。

月球是地球唯一的天然衛(wèi)星，陪伴地球已經超過45億年。它對地球地軸指向、自轉穩(wěn)定、周期潮汐、夜晚照明等有著巨大意義。

由于地球強大引力的影響，月球也付出了很大代價：地球將它的自轉周期減慢為與圍繞地球公轉周期完全一樣，也就是潮汐鎖定。

在這種效應下，我們在地球上永遠沒法直接看到月球背面。在過去的60年內，人類已經發(fā)射了超過百個月球探測器，其中有65個月球著陸器，但由于月球整體的阻攔，背面成了地面通信和測控的禁區(qū)，即便到了載人航天時代，也僅有非載人的環(huán)繞月球軌道器和載人的阿波羅號看到過月球背面，從未有宇航員或探測器就位探測過這一片區(qū)域。

正因如此，人類關于月球背面的傳言甚囂塵上。月球背面有外星人基地，有外星人飛船，還有三眼外星人尸體……這些傳言甚至出現(xiàn)在各種科幻作品中，演繹著各種充滿想象力的故事。

8月15日國防科技工業(yè)局消息，“嫦娥四號”月球車按計劃將于今年12月隨“嫦娥四號”月球探測器一起，執(zhí)行世界首次月球背面著陸探測任務。

“鵲橋”相連

“從表面上看，在月球背面和正面著陸在‘落月本質上沒有區(qū)別，但實際上，實現(xiàn)在月球背面軟著陸和巡視探測，是工程技術和空間科學的雙重跨越和創(chuàng)新。”中國工程院院士、中國探月工程總設計師吳偉仁告訴《小康》記者。

要去月球背面并不容易，首當其沖的一大難題就是“通信”——人類在地球上不僅從未見過月球背面，通信信號也會被阻隔。

解決通信難題最好的辦法就是在地月拉格朗日L2點布置一顆中繼衛(wèi)星，距離月球大約6萬至8萬公里。L2點本身與地球之間也被月球遮擋了，不過地球和月球引力可以使中繼衛(wèi)星沿著圍繞L2的所謂光暈軌道運行，這樣就可以同時“看到”月球背面和地球，為嫦娥四號著陸器和月球車在月球背面軟著陸和月面工作提供信號傳輸和測控支持。

就在今年5月21日，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征四號丙運載火箭，成功將探月工程嫦娥四號任務鵲橋號中繼星發(fā)射升空。鵲橋號中繼星是世界首顆運行于地月拉格朗日L2點的通信衛(wèi)星，將為年底擇機實施的嫦娥四號月球探測任務提供地月間的中繼通信。

建起連接地球和月球、跨越40多萬公里的“星際穿越”通信鏈路考驗的不只是設計上科學合理，更要求工作時穩(wěn)定可靠，為此，提前進入戰(zhàn)斗位置的“鵲橋”將全面開展中繼通信功能的測試，進一步磨合自身所攜帶的各路“新式武器”，力保在長達三年的壽命期間時刻保持最佳狀態(tài)。

多安全備份遙測遙控指令設計是中國空間技術研究院所屬空間電子信息技術研究院技術人員針對“鵲橋”特有工作環(huán)境的首創(chuàng)之舉，通過多重備份的方式，給遠在天邊的“鵲橋”多部“手機”，地面工作人員可以同時給這幾部“手機”打電話，發(fā)出相同的遙測指令，有效規(guī)避了因為距離遠或其他未知因素造成的信號中斷、信息傳送不準確等問題。

吳偉仁介紹說，“鵲橋”還裝備了空間電子信息技術研究院研制的4.2米口徑的高增益?zhèn)銧顠佄锩嫣炀€，這是人類深空探測任務史上最大口徑的通信天線，采用整星零動量控制方式，可以實現(xiàn)對地、對月、對日和對慣性空間任意目標指向與跟蹤的三軸穩(wěn)定控制，為著陸器、巡視器與地面站之間的測控與數(shù)據(jù)傳輸提供了有力支撐。

月球車什么樣？

談及嫦娥四號對于科技發(fā)展的意義，吳偉仁表示，由于月球正面屏蔽了地球的無線電干擾，月球背面的電磁環(huán)境干凈，為開展空間科學領域最前沿的低頻射電天文觀測與研究提供了理想場所。吳偉仁說：“嫦娥四號還將充分利用月球背面最古老的月殼巖石獨特條件開展地質特征勘查，有望在國際上建立集地形地貌、淺層結構、物質成分于一體的綜合地質剖面和演化模型，獲得對月球早期演化歷史的新認知。”

嫦娥四號承載著“前無古人”的探測任務，對于嫦娥四號月球車的要求自然也更高。8月15日，嫦娥四號任務月球車全球征名活動啟動儀式在京舉行，嫦娥四號月球探測器——著陸器和月球車外觀設計構型是征名儀式現(xiàn)場引人矚目的明星，這是其第一次在公眾面前亮相。

單純從外觀來看，嫦娥四號月球車與姊妹嫦娥三號月球車“玉兔”頗為類似。對此，中國探月工程副總指揮、國家國防科工局探月與航天工程中心主任劉繼忠在儀式現(xiàn)場做了說明：“一方面，嫦娥四號月球車基本保持了‘玉兔的相關特點；另一方面，針對月球背面復雜的地形條件、中繼通信新的需求和科學目標的實際需要等因素，它被做了適應性更改，其有效載荷配置也進行了適當調整?！?/p>

在溫度控制防護方面，為了保證所有設備在月夜零下180攝氏度的環(huán)境中不被凍壞，專門配置了同位素熱源為儀器設備供熱。吳偉仁介紹，更好迎戰(zhàn)晝夜極熱極冷的月面環(huán)境，是嫦娥四號月球車升級提高的重要方面之一。

在科學載荷方面，嫦娥四號月球車延續(xù)了“玉兔”當年探月國產“三大件”，即全景相機、紅外成像光譜儀和測月雷達。除此之外，嫦娥四號月球車還有一個“殺手锏”，那就是與瑞典合作的中性原子探測儀，這將是人類探月史上首次在月表開展這項探測活動。

特別值得一提的是，載重量方面，嫦娥四號月球車總重量約140公斤，是到目前為止全球最輕的月球車。

孩子們的“探月”

就在8月15日嫦娥四號月球車發(fā)布的當天，一群五六歲的孩子成為了發(fā)布會上的焦點，他們圍在吳偉仁院士的身邊，了解嫦娥四號月球車的工作原理，并提出不乏深奧的問題。

原來這些孩子都來自“中國探月科普營”的小營員。

將最前沿的航天科技工程與孩子們的科普教育相結合，一直是中國航天工程的特色。早在2013年6月20日，神十航天員王亞平就在中國首個目標飛行器天宮一號上為中小學生授課。這是中國利用載人航天活動普及航天知識的一次生動嘗試，進一步激發(fā)了廣大中小學生對宇宙空間的向往、對學習科技知識的熱情。

習近平總書記曾說過：“科技創(chuàng)新、科學普及是實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的兩翼，要把科學普及放在與科技創(chuàng)新同等重要的位置。沒有全民科學素質普遍提高，就難以建立起宏大的高素質創(chuàng)新大軍，難以實現(xiàn)科技成果快速轉化。”

由國家國防科工局探月與航天工程中心聯(lián)合中國關心下一代工作委員會，共同組織的“中國探月科普營”是中國探月工程在科普教育上的又一次創(chuàng)舉。

小營員的家長們在接受《小康》記者采訪時表示，中國探月科普營為孩子們創(chuàng)造了很好的學習模式，也大大增強了他們的學習興趣。小營員們都說，長大要當航天科學家、航天員，為祖國航天事業(yè)做出貢獻。

中國探月科普營負責人張悅表示，中國探月科普營就是要為孩子們解密最尖端、深奧的科學，讓航天、探月真正“接地氣”，給孩子們帶來實實在在的科學知識，激發(fā)他們對科學的興趣。張悅說：“未來，‘中國探月科普營將在科普課程，科普競賽，航天城、飛控中心、衛(wèi)星發(fā)射基地研學等方面形成科普傳播的矩陣，讓更多的青少年接觸到中國的航天科學?！?/p>

8月15日當天，“中國探月科普營”的小營員們還代表中國少先隊，提出了全國前十份“嫦娥四號月球車”的征名提案。一位小營員告訴記者，他對月球背面感到非常好奇，他心目中的嫦娥四號任務月球車應該叫“夢想號”，“因為探索月球背面是我的夢想，是大家的夢想，是全人類的夢想”。