世界第一个月球背面探索任务，嫦娥四号科学任务详细解析

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大国的一次月球背面探索任务

我国的嫦娥四号月球探测任务是一个非常特殊的任务，因为这是世界第一次有一颗卫星被发射到月球的背面，这是一个至今仍未被探索的区域。

满月是和平、繁荣和家庭团聚的象征。十五的月亮十六圆，而月亮平时无论是对古人还是对我们，都有一种思乡或者其他的精神寄托。说起月亮我们不得不提到月球女神——嫦娥，我国探测器采用了这个名字来命名月球探测器。

太空中的月球

我国航天局的月球计划已经非常详细了，现在正在一步一步朝着最终目标前进，在每一次任务中都实现了重要的目标。2019年1月3日，嫦娥4号成功地降落在月球的另一边，这是一个非常特殊的任务，在整个探月计划中都是举足轻重的。

嫦娥三号

大约12年前，我国首次进入月球轨道附近。其实归纳来说，我国的月球计划可以分为两个阶段。第一阶段是将卫星送入月球附近并进行观测以绘制月球表面图，在这方面，第一艘月球航天器嫦娥1号于2007年10月24日发射，第二颗卫星嫦娥2号于2010年10月1日发射。

第二阶段是关于在月球上着陆的机器人设备。这个阶段任务由嫦娥3号和嫦娥4号完成，它们分别在月球上的不同地点完成了月球车和着陆器的着陆。嫦娥3号任务，包括着陆器和漫游者，分别于2013年12月14日和2019年1月3日成功着陆月球，中国嫦娥4号则成功降落在月球的背面。

嫦娥一号

一次特殊的任务

嫦娥四号飞船的发射质量约为3780公斤。着陆器的重量约为1200公斤，而月球车的重量约为140公斤。根据任务设计，探测器预计将在月球表面探索三个月，而着陆器的任务将持续整整一年。着陆器释放了玉兔漫游者，探索一个巨大的月球陨石坑，直径约180公里，这个盆地位于月球南极艾特肯盆地的撞击坑内。

作为这项任务的一部分，最有趣的实验之一是由重庆大学的科学家设计的。这个“微型月球生物圈”实验携带了一个18厘米的桶状密封容器，可以容纳空气、水和土壤。在这个单位内，携带棉花、拟南芥（一种芥菜科的小型开花植物）和马铃薯种子，还有果蝇蛋和酵母。探测器发回的图像显示，一株棉花长得很好，但到目前为止，其他植物还没有发芽。不过这个实验结束了，发芽的棉花在容器里腐烂了，这是有史以来第一次有生物物质在月球生存。

嫦娥四号生物圈实验

嫦娥4号在许多方面都是一个独特的任务，其中一个方面就是与国际合作的诸多科学载荷。除了来自中国的科学界之外，还有瑞典和德国科学家开发的仪器。嫦娥四号任务的主要目的是研究低重力对类似地球的生态系统、月球环境、宇宙辐射以及太阳风与月球表面的相互作用的影响。目前，月球车玉兔二号及其全景相机正在对月球表面形貌和地质结构进行详细的研究。

需要着重说的是本次任务对盆地的研究，这是非常重要的，因为这是一个拥有大量水冰的地区。这一地区和其他一些火山口是永久阴影地区，没有阳光到达，也叫作永冻区。众所周知，这里有氢气或水冰沉积。印度的Chandrayan-1号轨道器和NASA观测结果推断出月球上有水。现在，我国进行的实验可以为这一发现提供实际证据。

月球远观图

从探月计划整条路线来看，嫦娥四号任务可以被看作是一个非常重要的任务。它也将有助于世界其他国家收集重要数据，以开展今后的任务。到目前为止，这项任务已经证明了生物物质可以在月球上生长。预计这次任务还将提供关于从月球表面提取水的明确答案。它还将为今后各国太空机构提供良好着陆地点和最安全着陆点的备选方案。

月球艾特肯盆地

硬核的一次科学探索任务

接下来我们来看一下嫦娥四号的科学载荷吧，一个探测任务最重要的就是科学载荷了。在具体分析之前我们可以大概看一下嫦娥四号的科学有效载荷，包括低频无线电光谱仪LFS、红外光谱仪、一个照相机，一个摄影机、月球雷达等，在本文中我们只探索其中几个科学载荷。

低频无线电光谱仪LFS

LFS用于太阳风暴低频电场的探测和月球等离子体的研究。通过对太阳、行星空间和星系空间低频电场的探测，嫦娥四号上面的LFS可以收集到电信号的幅值、相位、时变性、频谱、极化和到达方向等信息，之后可以直接分析。利用空间低频电场的变化特征，LFS也可以对着陆场上方的月球等离子体环境进行了分析。

LFS配置了一个三分量源天线来接收来自太阳和空间的电磁信号，三分天线单元中的每一个接收电磁信号的天线都有各自的作用。我们根据无线电传输理论，通过对勘探资料的分析和处理，得到了辐射源的电磁强度、频谱、时间方差、偏振特性和方向等信息。简单的概括一下，LFS用于探测太阳和月球的低频无线电环境的低频射频特性，进行低频射电天文观测。

嫦娥四号着陆器的全景照片

着陆照相机与地形摄影机

利用卫星和远端探测器LCAM技术对降落区进行光学成像，研究着陆区的表面形貌和地质构造，这个我们就不用多说啦，一些专业的相片都是着陆相机拍摄到的，着陆相机还负责在着陆前勘探着陆地形。TCAM是地形摄影机，地形摄影机的目的是对着陆区进行光学成像，研究着陆区的表面形貌和地质构造，两个相机可以互补，然后共通数据。

月球着陆器中子和剂量测量实验仪器LND

月球着陆器中子和剂量测量实验仪器由德国阿尔布雷希茨大学牵头，由德国航天中心航天医学研究所、德国国家空间科学中心、中国科学院国家天文观测站和中国空间技术学院共同研究。

瑞典空间物理研究所研究的高周波小型分析仪ASAN

德国方面在设计LND的时候可以测量月球表面复杂辐射场中剂量率和线性能量转移LET光谱的时间序列。对于第二个参数，LND能够测量粒子通量及其时间变化，从而有助于理解粒子在日光层中的传播和输运，也就是完成日光层观测科学。

月球着陆器中子和剂量测量实验仪器由10个硅固态探测器SSD堆栈组成，允许测量10-30 MeV的质子、60-500 keV的电子、10-20 MeV/n的α粒子和15-40 MeV/n的重离子。此外，LND还可以测量能量范围为1-20 MeV的快中子，另外，需要重点说的是，LND对水很敏感，对了解月球表面水混合物来说很重要。

奔跑中的玉兔二号月球车

除上述四个有效载荷外，我国宇航局还将在嫦娥4号探测器上安装三个国际联合有效载荷，它们是着陆器上安装的中子和剂量计LND，以及安装在中继卫星上的先进小型中立分析仪Asan，还有荷兰研发的频率探测器NCLE，这三个科学载荷我们没有具体数据就不多说了。

接下来我们要说的是月球穿透雷达：LPR是嫦娥3号上就有的科学载荷。LPR的目的是绘制月球地形图和探测地下地质构造。

可见和近红外成像光谱仪VNIS：VNIS之前在嫦娥3号也有。VNIS能够同时对月球表面上的物体获得全反射光谱并进行校准。VNIS采用非共线声光可调谐滤波器，VNIS由VIS/NIR成像光谱仪0.45~0.95 m、短波红外光谱仪0.9~2.4 m和具有防尘功能的校准单元组件构成。

高周波小型分析仪ASAN：ASAN是由位于基律纳的瑞典空间物理研究所开发的，ASAN科学载荷主要目标目标是探索月球亚表层结构，研究月球地表形貌和地质构。2018年4月7日，瑞典空间物理研究所IRF成功地向位于中国北京的中国科学院国家空间科学中心交付了ASAN仪器。

嫦娥四号着陆后拍摄到的第一张图片

接下来我们说一说嫦娥四号的动力系统，这也是很多朋友关心的问题，嫦娥四号使用的是放射性同位素热电发生器电源及发电技术。

对于月球夜间月球土壤温度的数据采集，温度传感器必须有电源。目前，最现实的方法是利用基于Seebeck原理的RTG将热能转化为电能。在发电时，RTG还可以提供大量的热能来调节温度。通常使用Pu-238作为RTG源。

与嫦娥3号中使用的RTG相比，嫦娥四号的RTG中增加了热电模块，这样可以保证RTG源的温度和安全性，也可以保证航天器的安全性，是一个很大的进步。

一次跨越神话的任务

嫦娥4号中继卫星名为鹊桥，由于月球背面不面向地球，因为月球的轨道周期与其自转周期相匹配，因此需要一颗中继卫星让嫦娥4号着陆器与地球之间进行通信。

关于中继卫星与嫦娥四号着陆器的中继通信渲染图

中国国家航天局在2018年4月25日中国航天日宣布了这个名字。在我国一个民间故事中，每年的七月七日，牛郎和织女都会在喜鹊组成的桥上相会，让女神可以与她心爱的丈夫相见，这个名字很有寓意。

中国空间技术研究院研究的鹊桥大约有425公斤，这颗425公斤重的中继卫星是以三轴稳定制造的，也就是说这颗中继卫星以100小卫星母线为基础，采用130 N肼推进系统。它携带一个可展开的4.2米碟型继电器设备。提供了4个256 kbit/s X波段，卫星波段可以让着陆器/漫游者与地球连接一个2 Mbit/s的S波段。

中继卫星的中继链路是如何工作的呢？月球车的后向链路数据由全向天线或定向天线发送，并由中继卫星接收。着陆器后向链路采用全向天线、中增益天线和与低、中、高比特率相对应的定向天线，后向链路的调制方式为BPSK。

嫦娥四号中继链路数据分析图

在动力下降过程中， 除了建立X波段全向/后向中继，通信链路外，着陆器和中继卫星也通过中等增益天线进行通信，以将着陆相机数据返回地球。

在月球表面工作时，着陆器和月球车分别通过中继卫星的全向天线接收前向遥控信号。中继卫星可以同时在两个频率点发送数据，实现着陆器和漫游者的同时控制。也就是说，中继卫星可以同时接收着陆器和漫游者的反向数据。

我国的骄傲！科学人才与工程师很多都是年轻人

未来年轻人才的探索任务

未来我国将在2030年左右实现载人登月，在2040年至2050年之间，在月球表面建立基地，一切都在有条不紊的进行当中，我国的探索月球的计划和登月计划进行非常顺利，希望我国航天能更上一层楼，加油，中国航天！


本文选自：今日头条

yanbing2796

终究是空 宇宙这么浩瀚

ch_awen

月球背面探索

yongbuzai

看完觉得挺好玩的，发明了很多新玩法。希望早日载人登月

renew

辛苦了！！