备份变首飞 嫦娥四号“脱胎换骨”实现五大不同


今天凌晨,嫦娥四号的成功发射,开启了人类首次月球背面的探访之旅。也许大家并不知道,作为嫦娥三号的备份,它如今已经不再需要承担原本的使命,奔向月球背面则是它新的担当。此刻,风尘仆仆奔向月球的嫦娥四号绝不是嫦娥三号的复制品,它所承担的任务,也肯定不是重复它的前任,从某种意义上来说是一次真正意义上的“首飞”。

记者了解到,为了成功实现人类前往月球背面首航的科学和工程目标,来自中国航天科技集团五院的研制人员根据任务的需要,对嫦娥四号重新进行“梳妆打扮”,可以说,嫦娥四号的“五脏六腑”都已“脱胎换骨”,是一个与嫦娥三号不同全新的航天器了。归纳起来,嫦娥四号与嫦娥三号相比主要有5个不同。
 

一是科学目标不同。嫦娥三号任务的科学目标是开展月球形貌与地质构造调查;开展月表物质成分和可利用资源调查;进行月球内部的结构研究和日-地-月空间环境探测与月基天文观测。简言之,就是“测月、巡天、观地”。而“嫦娥四号”任务的科学目标是进行月基低频射点天文观测与研究;开展月球背面巡视区地形地貌和矿物组分探测与研究;实施月球背面巡视区浅层结构探测与研究。

二是工程目标不同。通过实施重大航天实践,推动工程的进步,是中国航天跨越发展的重要途径和经验,月球探测工程更是如此。嫦娥三号任务的工程 目标有三个:突破月面软着陆、月面巡视勘察;研制月面软着陆探测器和巡视探测器,建立地面深空站;建立月球探测航天工程基本体系,形成重大项目实施的科学有效的工程方法。而嫦娥四号任务的工程目标有两个:实现国际首次月球背面软着陆和巡视探测;实现首次地月拉格朗日L2点中继星对地对月的测控和数据中继。

三是携带的有效载荷不同。为实现月面软着陆和科学探测目标,嫦娥三号携带了20多种有效载荷。按照功能,这些“装备”大致可以分为三类:第一类是用来观察月球的。主要设备包括全景相机、地形地貌相机、测月雷达等;第二类是用来观测宇宙的。主要由月基光学望远镜承担;第三类是用来观察地球周围的等离子层的,各有各的用处,相互配合。虽然嫦娥四号的基本架构继承了嫦娥三号,但科技人员根据着陆区域和科学目标的变化,对它携带的科学载 荷做了很大的调整,为了完成这些科学探测任务,嫦娥四号把8台有效载荷带到了月球背面冯·卡门撞击坑。

着陆器携带4台有效载荷和1台科普载荷,主要有:地形地貌相机,用于获取着陆区高分辨率彩色图像;降落相机,用于着陆过程中获取着陆区地形地貌 特征和图像;低频射电频谱仪,用于进行太阳爆发产生的低频电场探测和着陆区上空的月球电离层探测;德国基尔大学研制的月球中子及辐射剂量探测仪,用于测量能量中性粒子辐射和着陆器附近月壤中的相关物质含量;科普载荷用于进行生物科普试验。我们再来看看巡视探测器上都有啥。

巡视器上共携带4台有效载荷。主要有:全景相机,用于进行近距离景物勘查,地形地貌分析,地质构造特征分析;红外成像光谱仪,用于进行巡视区月表矿物化学成分探测和分布研究;测月雷达,用于进行巡视路线上月壤厚度、结构探测和进行巡视路线上月壳浅层结构探测;瑞典空间物理所研制的中性原子探测仪,用于进行实地观测月表溅射能量中性原子通量和研究靠近月表的散射能量中性原子分布函数。通过探测器上携带的这些有效载荷,利用月球背面区域可屏蔽地球无线电干扰等独特优势,共同实现月基低频射电天文观测与研究、巡视区形貌和矿物组分探测与研究以及浅层结构探测与研究等方面的科学目标。

四是着陆区与环境不同。嫦娥三号着陆区是月球正面的虹湾。那里,布满了月海玄武岩,地势较为开阔、平坦,位于大型撞击坑、月海、高地(山脉) 交汇地区,有利于科学勘察目标的选择,当然也有利于与地球的通信联系。而嫦娥四号的主着陆区为月球背面靠近南极一个叫冯·卡门撞击坑的地方,这里着陆区面积比虹湾地区小了许多,因为月球背面山峰林立,大坑套小坑,很难找出再大一些、平坦一些的地方,供嫦娥四号安身,因此,嫦娥四号着陆器在凸凹不平“巴掌大”的地方着陆,需要具有比嫦娥三号更准确的着陆精度。

五是通信方式不同。深空测控通信系统是人类与深空探测器联系的通道和纽带,在深空探测任务中起着关键的作用。由于深空任务周期长、通信时延大、链路带宽有限、信号微弱、数据更加关键可贵等一系列原因,使得深空测控通信实现起来更为困难,无论对星上设备还是对地面设备等都带来新的挑战。通信方式不同是嫦娥四号与嫦娥三号相比最大的不同。嫦娥三号与地球的通信联络由地面站和海上远洋测量船来完成。而由于月球正面的遮挡,月球背面没有通信信号,无法与地球实施适时通信,因此,嫦娥四号与地面的通信联络要由“鹊桥”中继卫星担任,借助架设在地月拉格朗日L2点的中继卫星,实施与地面的通信信号“接力”。    
 

此外,中国航天科技集团五院研制队伍聚焦新任务、新环境、新状态、新风险,从轨道设计、动力下降策略、休眠唤醒策略、月夜温度采集、测控通信工作模式、接口布局等8个方面,进行了系统设计,突破一系列必须解决的关键技术,同时取消、增加和更改了许多产品,对长期贮存产品的可用性进行了 评估,重新投产了部分产品,制定了符合任务特征的故障预案。

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