“嫦娥”來(lái)告訴你：月球背面有沒(méi)有外星人

張熇

作者簡(jiǎn)介：張煸（hè），中國(guó)空間技術(shù)研究院嫦娥四號(hào)探測(cè)器項(xiàng)目執(zhí)行總監(jiān)、副總設(shè)計(jì)師，畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)，多年來(lái)一直從事月球探測(cè)器總體技術(shù)研究，曾任中國(guó)航天科技集團(tuán)公司所屬中國(guó)空間技術(shù)研究院空間科學(xué)與深空探測(cè)總體室主任。張煸見(jiàn)證了嫦娥一號(hào)奔月，親身參與了嫦娥三號(hào)誕生的每一個(gè)環(huán)節(jié)，又成為嫦娥四號(hào)探測(cè)器項(xiàng)目的執(zhí)行總監(jiān)，對(duì)于“三姐”“四妹”，她傾注了非同一般的情感。

“嫦娥”邁出創(chuàng)新一步——揭秘月球

“飛到月亮上去”，這是人類千百年來(lái)的夢(mèng)想。1969年，阿波羅11號(hào)飛船載人登月，美國(guó)宇航員阿姆斯特朗在月球上留下了人類的第一個(gè)腳印。人類曾對(duì)月球展開(kāi)了100多次探索，而月球的背面卻從未“涉足”。直到2019年1月3日，我國(guó)的嫦娥四號(hào)探測(cè)器成功實(shí)現(xiàn)了人類月球探測(cè)器在月球背面的第一次軟著陸，完成了人類航天史上的又一項(xiàng)壯舉。

嫦娥四號(hào)為世界首個(gè)在月球背面軟著陸且能巡視勘測(cè)的航天器，它的主要任務(wù)是在月球表面繼續(xù)更深層次、更全面地科學(xué)探測(cè)月球地質(zhì)、資源等方面的信息，完善月球的檔案資料。截至2021年10月，嫦娥四號(hào)著陸器與玉兔二號(hào)月球車在軌工作突破1000天，繼續(xù)刷新月球背面工作記錄。嫦娥四號(hào)著陸器與玉兔二號(hào)月球車整體工況良好，載荷工作正常，正在持續(xù)開(kāi)展科學(xué)探測(cè)。

那么，嫦娥四號(hào)登月后，到底在月球背面看到了什么？月球背面到底是什么樣的呢？

月球正面大量分布著由火山噴出的玄武巖熔巖流填充的巨大撞擊坑，形成了廣闊的平原，我們稱之為“月海”，實(shí)際上“月?！敝幸坏嗡矝](méi)有。而月球背面的結(jié)構(gòu)和正面差異較大，月海所占面積較少，而撞擊坑則較多。地形凹凸不平，起伏懸殊最長(zhǎng)和最短的月球半徑都位于背面，有的地方比月球平均半徑長(zhǎng)4公里，有的地方則短5公里（范德格拉夫洼地）。月球背面的月殼比正面厚，最厚處達(dá)150公里，而正面月殼厚度只有60公里左右。造成這種現(xiàn)象的原因，可能和背面艾特肯盆地的地質(zhì)年代、演化有關(guān)系。2019年5月16 H，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)宣布，由該臺(tái)研究員李春來(lái)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用嫦娥四號(hào)的探測(cè)數(shù)據(jù)，證明了月球背面南極-艾特肯盆地存在以橄欖石和低鈣輝石為主的深部物質(zhì)，并在Nature （《自然》）上發(fā)表了該科研成果。

嫦娥四號(hào)的科學(xué)目標(biāo)主要是，開(kāi)展月球背面低頻射電天文觀測(cè)與研究，以及月球背面巡視區(qū)形貌、礦物組成及月表淺層結(jié)構(gòu)探測(cè)與研究;試驗(yàn)性開(kāi)展月球背面中子輻射劑量、中性原子等月球環(huán)境探測(cè)研究。說(shuō)到這里，同學(xué)們可能要失望了，因?yàn)闀簳r(shí)沒(méi)有在月球背面發(fā)現(xiàn)外星人，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)什么太空基地。

“鵲橋”為通信牽線搭橋

月球背面，就是月球永遠(yuǎn)背對(duì)地球的那一面。嫦娥四號(hào)探測(cè)器不僅要解決相隔38萬(wàn)多公里的地月傳輸距離，還要隔著月球球體進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。目前，地球上的測(cè)控中心無(wú)法將信號(hào)穿透月球，直達(dá)月球背面。那么，如何解決這個(gè)通信難題呢？

在確定嫦娥四號(hào)要去月球背面執(zhí)行任務(wù)時(shí)，首先要解決的問(wèn)題就是如何通信?？茖W(xué)家們最終選擇在離月球背面大概6.5萬(wàn)公里的拉格朗日L2點(diǎn)環(huán)繞軌道上，運(yùn)行一顆中繼衛(wèi)星——“鵲橋”，以此進(jìn)行地月連線。這樣的優(yōu)勢(shì)在于，“鵲橋”在這個(gè)點(diǎn)始終能看到月球的背面;同時(shí)通過(guò)軌道設(shè)計(jì)，“鵲橋”衛(wèi)星也始終能與地球通信。

“鵲橋”重400多公斤，攜帶一個(gè)長(zhǎng)4.2米的天線，呈網(wǎng)狀，似雨傘，可伸展和收縮。如此一來(lái)，“鵲橋”就可以接收著陸器、巡視器從月球背面發(fā)出的信號(hào);然后通過(guò)“鵲橋”再往地球發(fā)射信號(hào)，來(lái)完成中繼通信服務(wù)。

嫦娥四號(hào)在月球上的生活作息

“鵲橋”中繼衛(wèi)星架起了月球背面到地球的通信橋梁。月球與地球相似，也有白天和黑夜。月球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間，大約相當(dāng)于地球上的27天;所以，月晝和月夜時(shí)間都相當(dāng)于地球上的14天。而嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)探測(cè)器都是月夜休眠、月晝喚醒的工作模式。這是為什么呢？

這是由月球的環(huán)境所決定的。首先，月夜期間沒(méi)有光照，月壤導(dǎo)熱系數(shù)小;其次，和地球相比，月球沒(méi)有大氣層的保護(hù)，進(jìn)入月夜以后，月球表面溫度會(huì)很快下降到零下180多攝氏度。在這樣的環(huán)境中，探測(cè)器沒(méi)有足夠的能量長(zhǎng)時(shí)間工作。因?yàn)橥瑯拥脑?，在月晝，太?yáng)光一直照射，導(dǎo)致月球表面溫度會(huì)非常高。這些因素都是探測(cè)器在月球上工作的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

科研團(tuán)隊(duì)為此特別設(shè)計(jì)了月夜休眠、月晝喚醒的工作模式。因?yàn)樘綔y(cè)器需要太陽(yáng)能來(lái)支撐工作，所以當(dāng)月晝來(lái)臨時(shí)，探測(cè)器吸收太陽(yáng)能來(lái)喚醒和開(kāi)展工作;當(dāng)進(jìn)入月夜時(shí)，探測(cè)器除定時(shí)控制電路、月夜溫度采集器以外的設(shè)備全部斷電，進(jìn)入休眠時(shí)間。

為了保證探測(cè)器和巡視器能夠安全穩(wěn)定地度過(guò)寒冷的月夜，科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)引用同位素源來(lái)供應(yīng)熱量，提供給艙內(nèi)設(shè)備基本的儲(chǔ)存溫度。等到喚醒的時(shí)候，太陽(yáng)光照射到太陽(yáng)能板上，就產(chǎn)生電流;當(dāng)電流達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，探測(cè)器就會(huì)主動(dòng)喚醒，并恢復(fù)通信，開(kāi)展工作。

“嫦娥”家族的豐功偉績(jī)

從嫦娥一號(hào)開(kāi)始，中國(guó)的探月之路一步一個(gè)腳印，逐步推進(jìn)，屢創(chuàng)奇跡。嫦娥一號(hào)、嫦娥二號(hào)、嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)、嫦娥五號(hào)試驗(yàn)器以及嫦娥五號(hào)分別樹(shù)立了哪些里程碑呢？

嫦娥一號(hào)于2007年實(shí)現(xiàn)環(huán)月探測(cè)，其主要科學(xué)任務(wù)是環(huán)月遙感探測(cè)，進(jìn)行普査性質(zhì)地拍照和對(duì)月球表面成分、環(huán)境開(kāi)展探測(cè)。當(dāng)時(shí)中國(guó)的航天器，最遠(yuǎn)只能涉足離地球五六萬(wàn)公里的地方。而嫦娥一號(hào)到達(dá)了38萬(wàn)公里外的月球附近，實(shí)現(xiàn)了從近地走向深空的第一步。

嫦娥二號(hào)在嫦娥一號(hào)的基礎(chǔ)上，于2010年完成更高分辨率的環(huán)月探測(cè)。同時(shí)，嫦娥二號(hào)在執(zhí)行拓展任務(wù)時(shí)，探測(cè)了圖塔蒂斯小行星。嫦娥二號(hào)的設(shè)計(jì)飛行距離是幾十萬(wàn)公里，但是完成了所有任務(wù)以后，科學(xué)家決定讓嫦娥二號(hào)進(jìn)行深空探險(xiǎn)，如今它已飛到距地球1億公里以外的太空。

2013年，嫦娥三號(hào)是中國(guó)第一個(gè)著陸月球并攜帶著陸器、巡視器進(jìn)行表面詳細(xì)實(shí)地勘測(cè)的探測(cè)器，中國(guó)也由此成為世界上第三個(gè)實(shí)現(xiàn)在月球著陸的國(guó)家。

2014年，我國(guó)發(fā)射為嫦娥五號(hào)探路的再入返回飛行試驗(yàn)器，模擬了嫦娥五號(hào)奔月、繞月、返回的全過(guò)程，并對(duì)跳躍式再入返回技術(shù)成功進(jìn)行了驗(yàn)證，使我國(guó)成為繼美、蘇之后，世界上第三個(gè)成功實(shí)施航天器從月球軌道重返地面的國(guó)家。

2018年12月8 H，嫦娥四號(hào)由長(zhǎng)征四號(hào)丙運(yùn)載火箭攜帶發(fā)射升空，并隨后正常開(kāi)展各項(xiàng)工作。這是人類第一個(gè)著陸月球背面的探測(cè)器，標(biāo)志著中國(guó)實(shí)現(xiàn)了國(guó)際首次月球背面軟著陸和巡視探測(cè)、地月拉格朗日L2點(diǎn)的測(cè)控及中繼通信。

嫦娥五號(hào)，是中國(guó)首個(gè)實(shí)施無(wú)人月表取樣返回的月球探測(cè)器，2020年11月24 H，長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭攜帶嫦娥五號(hào)發(fā)射升空。12月17日凌晨，嫦娥五號(hào)的返回器攜帶在月球上采集的樣品，采用半彈道跳躍方式再入返回，在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域安全著陸。這也代表著中國(guó)探月工程“繞、落、回”三步走的收官之戰(zhàn)，圓滿完成。

航天人的科研挑戰(zhàn)

一個(gè)個(gè)里程碑的樹(shù)立，“嫦娥”家族的探測(cè)器功不可沒(méi)。同時(shí)，探月工作也需要一個(gè)非常龐大的系統(tǒng)工程作為支撐，包括運(yùn)載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場(chǎng)、地面測(cè)控系統(tǒng)、地面應(yīng)用系統(tǒng)等，而這些背后更離不開(kāi)一代代航天人的匠心和努力。

在探月領(lǐng)域，航天人還將迎接哪些挑戰(zhàn)呢？

目前，科學(xué)上只探尋了一些局部的點(diǎn)，而對(duì)月球的全面認(rèn)識(shí)，包括起源、演化、內(nèi)部構(gòu)造等，還有很多未解答的問(wèn)題。技術(shù)上有以下三個(gè)挑戰(zhàn)：

一是更崎嶇的地形?，F(xiàn)在涉足的地方是相對(duì)平坦的中、低緯地區(qū)，是一些相對(duì)平整的坑。但是月球的南、北極地區(qū)是非常崎嶇的，比如局部一些高山。目前，在技術(shù)能力上，探測(cè)器還很難達(dá)到精確、安全地在各種復(fù)雜地形著陸。

二是更惡劣的熱環(huán)境。月球南極的資源相對(duì)比較豐富，同時(shí)，月球的南極也有著更惡劣的環(huán)境。陽(yáng)光照射更少，甚至還有永久陰影坑，目前我們的探測(cè)器還沒(méi)有能力去這些地方進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間探測(cè)。

三是更深層的月表探測(cè)。如今進(jìn)行的月球表面探測(cè)屬于淺層探測(cè)，在月球的深層內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，例如對(duì)熔巖管結(jié)構(gòu)的探測(cè)，目前還無(wú)能為力。

嫦娥探月工程見(jiàn)證了我國(guó)綜合國(guó)力的提升，見(jiàn)證了中國(guó)科技創(chuàng)新的飛躍，我們將一步步實(shí)現(xiàn)載人登月和建立月球基地的夢(mèng)想。未來(lái)，更多宇宙深空的奧秘等你們來(lái)揭示。

親愛(ài)的同學(xué)們，祖國(guó)的未來(lái)是掌握在你們手中的，希望你們?cè)谇嗌倌陼r(shí)期做好知識(shí)的積累、身體的積累、品格的積累，能夠從小樹(shù)立遠(yuǎn)大的志向，抱著為民報(bào)國(guó)的志向努力完善自己，在未來(lái)把人生價(jià)值的實(shí)現(xiàn)和祖國(guó)的強(qiáng)盛緊密地結(jié)合起來(lái)！

（編輯文墨

實(shí)習(xí)編輯陳哲怡）