嫦娥四號探測器月球背面軟著陸後降落相機拍攝的圖像。國家航天局供圖
昨天上午10時26分，嫦娥四號探測器成功在月球背面南極-艾特肯盆地內馮·卡門撞擊坑著陸，並通過“鵲橋號”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖。
嫦娥四號於2018年12月8日乘坐長征三號乙運載火箭離開地球，經歷了27天太空之旅，並在太空中度過了新年。
嫦娥四號開創了人類探測器在月球背面著陸的歷史。佈滿撞擊坑和奧秘的月球背面，迎來首個“地球行者”。此次任務實現了人類探測器首次月背軟著陸、首次月背與地球的中繼通信。等到巡視器（月球車）駛下著陸器，在月面進行巡視探測，人類將第一次獲取有關月球背面地質等領域的一手信息。
美國航空航天局局長（NASA）吉姆·布里登斯廷昨天在社交媒體向中國嫦娥四號團隊表示祝賀，稱這次人類首次月背軟著陸為“令人印象深刻的成就”。
記者從國家航天局獲悉，嫦娥四號將通過“鵲橋號”中繼星的通信鏈路，在地面控制下，開展設備工作模式調整等工作，擇機實施著陸器與巡視器分離。
歷程
自主避障選址 11分鐘著陸
昨天，嫦娥四號著陸過程歷時約11分鐘。
10時15分，科技人員在北京航天飛行控制中心發出指令，嫦娥四號探測器從距離月面15公里處開始實施動力下降，7500N變推力發動機開機，逐步將探測器的速度從相對月球1.7公里每秒降到零。
在距離月面6-8公里處，探測器快速調整姿態。到達距月面100米處，為了保證落地時每隻腳都不踩到石頭上或坑裡，嫦娥四號稍稍懸停，對障礙物和坡度進行識別和自主避障，找好理想著陸點，然後緩速垂直下降。
約690秒後，嫦娥四號自主著陸在月球南極-艾特肯盆地內的馮·卡門撞擊坑內。落月過程中，降落相機拍攝了多張著陸區域影像圖。
據中國航天科技集團有限公司五院502所嫦娥四號GNC系統研製人員介紹，嫦娥四號最後採取垂直下降。這個垂直下降動作，就是與嫦娥三號落月最大的不同，因為著陸區太崎嶇，如果水平方向持續移動，就會讓著陸器不能準確測量所處的高度。
落月後，在地面控制下，通過“鵲橋號”中繼星的通信鏈路，嫦娥四號進行了太陽翼和定向天線展開等多項工作，建立了定向天線高碼速率鏈路。11時40分，著陸器監視C相機獲取了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖並傳回地面，圖中展示了巡視器即將駛離著陸器、駛向月背的方向。
整個過程中，地面人員都通過“鵲橋號”中繼星觀看了“直播”。
揭秘
月背“盲降” 步步驚心
相較於2013年落月的嫦娥三號，嫦娥四號落月難度更大，主要因為月球背面這一特殊環境。
中國工程院院士、中國探月工程總設計師吳偉仁曾形容，嫦娥三號相當於在華北平原著陸，而嫦娥四號則是在崇山峻嶺的雲貴川地區著陸。嫦娥三號月球正面著陸區地形起伏僅800米，而嫦娥四號著陸區起伏達到6000米。
而同樣困難的是，落月過程地球方向不直接可見，所有信息傳輸都需要由中繼星“鵲橋號”中轉，無疑增加了風險。因為落月過程由GNC系統自主操控，加之回傳畫面延遲，所以對地面人員來說，整個過程近乎“盲降”。
研製人員也考慮了“盲降”的風險，尤其是如果下降過程中，“鵲橋號”的信息傳輸“卡住”，影響數據上傳，怎麼辦？
為此，GNC系統設計了延時數據注入功能，就是提前把要發送給著陸器計算機的數據發送到著陸器上暫存，這個數據包是帶有時間標籤的，待到著陸器上的時間和該標籤相同時，數據便自動注入。如此，“鵲橋號”就成為了備份手段。
系統還可以全程自主進行故障診斷與重構，萬一發生故障，探測器可以隨時給自己“診斷”，找到病灶並解決。通過各部分功能的優化、再組合，著陸器可以確保機體整體功能正常。
為了化解著陸瞬間的巨大沖擊力，設計和製造人員為嫦娥四號精心設計了特殊的“著陸緩衝機構”，即主腿和副腿配合的結構。著陸器的每條著陸腿都包含一個主腿和兩個副腿，各有分工。在著陸前，副腿推著主腿向外側展開到規定角度並鎖定，主腿負責在著陸時支撐住著陸器，將衝擊力傳遞、吸收，是著陸器主要的支撐結構。副腿也會輔助主腿緩衝巨大的衝擊力，使落月更穩定、安全。
■ 釋疑
1 嫦娥四號的著陸點選在哪？
嫦娥四號原本為嫦娥三號的備份，嫦娥三號任務完成後，嫦娥四號被賦予了向月球背面進發的新使命。
月球背面山峰林立，馮·卡門撞擊坑的南部地勢在月背已經較為平坦，從北往南著陸航跡的高程起伏較小，因此被選定為嫦娥四號著陸和探測區域。
中國工程院院士、中國探月工程總設計師吳偉仁等曾撰文指出，馮·卡門撞擊坑具有較高的科學探測價值，坑內的釷、氧化鐵、二氧化鈦等含量均較高，同時物質組成的異常空間分佈可能提供火山活動以及月殼活動線索，有利於開展月殼活動研究，並對月幔玄武岩起源研究有重要意義。
2 為何比嫦娥三號多飛半月？
嫦娥三號於2013年12月2日發射，14日成功著陸，歷時12天。而嫦娥四號從去年12月8日發射到1月3日著陸，歷時27天。為何嫦娥四號比三號多飛了整整半個月？
嫦娥四號去年12月8日搭乘火箭發射，12月12日進入環月軌道，12月30日進入月球背面著陸準備軌道。12月12日後，嫦娥四號進行了2次環月軌道修正，與“鵲橋號”中繼星進行了4次中繼鏈路測試，開展激光測距、三維成像等導航敏感器在軌測試。
航天科技集團五院嫦娥四號著陸器總體副主任設計師許應喬介紹，嫦娥四號與三號在地月轉移軌道運行時間相當，但是環月段時間更長，長達20多天。原因一是進行月球背面下降的軌道調整，二是進行中繼星的測試，從而更精確地降落。
3 嫦娥四號著陸後要做什麼？
為完成科學探測任務，“嫦娥四號”把8臺有效載荷和1臺科普載荷帶到了馮·卡門撞擊坑。著陸器上安裝了地形地貌相機、降落相機、低頻射電頻譜儀、與德國合作的月表中子及輻射劑量探測儀等4臺載荷；巡視器上安裝了全景相機、測月雷達、紅外成像光譜儀和與瑞典合作的中性原子探測儀。著陸器還搭載了月表生物科普試驗載荷。
這些儀器將在月球背面開展低頻射電天文觀測與研究，巡視區形貌、礦物組分及月表淺層結構研究，並試驗性開展月球背面中子輻射劑量、中性原子等月球環境研究。
科學家認為，馮·卡門撞擊坑的物質成分和地質年代具有代表性，對研究月球和太陽系的早期歷史具有重要價值。月球背面也是一片難得的寧靜之地，屏蔽了來自地球的無線電信號干擾，在此開展低頻射電天文觀測可填補射電天文領域在低頻觀測段的空白，為研究太陽、行星及太陽系外天體提供可能，也將為研究恆星起源和星雲演化提供重要資料。（記者 倪偉）
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