嫦娥四號(hào)成功著陸在月背預(yù)選著陸區(qū) 傳回世界第一張近距離拍攝月背影像圖

記者從國家航天局獲悉，嫦娥四號(hào)著陸器與巡視器已于1月3日夜里順利分離，玉兔二號(hào)巡視器駛抵月球表面。著陸器上監(jiān)視相機(jī)拍攝的玉兔二號(hào)在月背留下第一道痕跡的影像圖，由“鵲橋”中繼星順利傳回地面。

1月3日10時(shí)26分，嫦娥四號(hào)探測器成功著陸在月球背面東經(jīng)177.6度、南緯45.5度附近的預(yù)選著陸區(qū)，并通過鵲橋中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖。此次任務(wù)實(shí)現(xiàn)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。

記者從國家航天局獲悉，10時(shí)15分，科技人員在北京航天飛行控制中心發(fā)出指令，嫦娥四號(hào)從距離月面15公里處開始實(shí)施動(dòng)力下降，7500牛變推力發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)，逐步將探測器速度從相對月球1.7公里每秒降到零。在距月面6至8公里處，嫦娥四號(hào)進(jìn)行快速姿態(tài)調(diào)整，不斷接近月球;在100米處開始懸停，對障礙物和坡度進(jìn)行識(shí)別，并自主避障;選定相對平坦的區(qū)域后，開始緩速垂直下降。約690秒后，嫦娥四號(hào)自主著陸在月球背面南極艾特肯盆地內(nèi)的馮·卡門撞擊坑內(nèi)。落月過程中，降落相機(jī)拍攝了多張著陸區(qū)域影像圖。

落月后，嫦娥四號(hào)在地面控制下，通過鵲橋中繼星的中繼通信鏈路，進(jìn)行了太陽翼和定向天線展開等多項(xiàng)工作，建立了定向天線高碼速率鏈路。11時(shí)40分，著陸器監(jiān)視C相機(jī)獲取了世界首張近距離拍攝的月背影像圖并傳回地面。圖中展示了巡視器即將駛離著陸器、駛向月背的方向。

嫦娥四號(hào)探測器由著陸器和巡視器組成，共配置包括2臺(tái)國際合作載荷在內(nèi)的8臺(tái)有效載荷，其中著陸器上安裝了地形地貌相機(jī)、低頻射電頻譜儀、月表中子及輻射劑量探測儀等載荷;巡視器上安裝了全景相機(jī)、測月雷達(dá)、紅外成像光譜儀和中性原子探測儀。這些儀器將在月球背面通過就位和巡視探測，開展低頻射電天文觀測與研究，巡視區(qū)形貌、礦物組分及月表淺層結(jié)構(gòu)研究，并試驗(yàn)性開展月球背面中子輻射劑量、中性原子等月球環(huán)境研究。此外，著陸器還搭載了月表生物科普試驗(yàn)載荷。

著陸器與巡視器分離

1月3日嫦娥四號(hào)探測器成功落月后，科技人員按計(jì)劃開展了著陸器與巡視器分離各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，對鵲橋中繼星狀態(tài)、著陸點(diǎn)環(huán)境參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、太陽入射角度等兩器分離的實(shí)施條件，進(jìn)行了最終檢查確認(rèn)。

1月3日15時(shí)07分，科技人員在北京航天飛行控制中心通過鵲橋中繼星向嫦娥四號(hào)探測器發(fā)送指令，兩器分離開始。記者從北京航天飛行控制中心飛控大廳屏幕上看到，嫦娥四號(hào)著陸器矗立月面，太陽翼呈展開狀態(tài)。巡視器立于著陸器頂部，展開太陽翼，伸出桅桿。隨后，巡視器開始向轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)緩慢移動(dòng)。轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)正常解鎖，在著陸器與月面之間搭起一架斜梯，巡視器沿著斜梯緩緩走向月面。22時(shí)22分，巡視器踏上月球表面。

GNC系統(tǒng)控制落月全程

記者從中國航天科技集團(tuán)五院了解到，相比嫦娥三號(hào)，嫦娥四號(hào)的落月難度更大。一方面，嫦娥三號(hào)著陸區(qū)地形起伏僅800米，堪稱“平原”;而嫦娥四號(hào)著陸區(qū)地形起伏達(dá)到6000米。更重要的是，嫦娥四號(hào)與地面交流需要通過鵲橋中繼星中轉(zhuǎn)，其間會(huì)產(chǎn)生約60秒的延時(shí)，這對于瞬息萬變的降落過程顯然太久。因此，落月全程需要由嫦娥四號(hào)自主完成。

嫦娥四號(hào)的成功落月，將我國航天器制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制(GNC)技術(shù)提升到了新的高度。

由五院502所研制的GNC系統(tǒng)，負(fù)責(zé)嫦娥四號(hào)奔月、環(huán)月、落月整個(gè)過程的控制，特別是近月制動(dòng)和落月的過程，沒有重來的機(jī)會(huì)，對系統(tǒng)可靠性有著極高要求。

地形崎嶇使得此前嫦娥三號(hào)的飛行軌跡無法適用，不可見又導(dǎo)致關(guān)鍵階段地面支持能力有限。在充分研究月面預(yù)定著陸區(qū)地形特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，502所科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了適應(yīng)新地形的落月軌跡方案。為減少對地面的依賴，他們修改了原有設(shè)計(jì)，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和在危急狀況下的生存能力;同時(shí)完善了故障應(yīng)對措施，將原本依賴人工處理的故障預(yù)案全部放手交給著陸器自行決斷，大大提高了故障應(yīng)對速度。

正如我們開車時(shí)需要行車?yán)走_(dá)和倒車?yán)走_(dá)輔助，引導(dǎo)嫦娥四號(hào)落月的GNC系統(tǒng)也需要各種探測器提供測量參數(shù)。五院研制的測距測速敏感器，通過精確把握速度和距離信息，為嫦娥四號(hào)安全降落提供了支持。

根據(jù)嫦娥四號(hào)著陸環(huán)境的特點(diǎn)，科研團(tuán)隊(duì)對此前嫦娥三號(hào)的測距測速敏感器進(jìn)行了升級和優(yōu)化。

著陸緩沖機(jī)構(gòu)防止落地時(shí)“閃腰”

雖然嫦娥四號(hào)不怕黑、不恐高，卻擔(dān)心在著陸瞬間“閃了腰”。為此五院給它研制了4條強(qiáng)有力的“腿”，不僅能讓它穩(wěn)穩(wěn)著陸，還能有效吸收著陸時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，防止它身上的設(shè)備被震壞。

嫦娥四號(hào)的腿學(xué)名叫“著陸緩沖機(jī)構(gòu)”。每條腿都包含1個(gè)主腿和2個(gè)副腿，各有分工。著陸前，副腿推著主腿向外側(cè)展開，鎖定在規(guī)定角度;主腿負(fù)責(zé)在著陸時(shí)安全支撐、吸收沖擊力。為了在減輕重量的同時(shí)保證強(qiáng)度，主腿和副腿的外殼被設(shè)計(jì)成又長又薄的圓筒，采用了強(qiáng)度極高的鋁合金材料，其中還填充有緩沖蜂窩材料。研制期間，五院技術(shù)人員攻克了多項(xiàng)工藝制造難題。

在嫦娥四號(hào)的腿上，還長著臉盆一樣的圓形大腳掌，這種設(shè)計(jì)可以更好地防止它在著陸時(shí)摔倒。大腳掌外觀簡單，內(nèi)部構(gòu)造卻十分復(fù)雜。其中央裝有一個(gè)形狀特別的金屬結(jié)構(gòu)，如同足弓，可以有效分散沖擊力。腳掌里還填充了致密的蜂窩材料，以起到緩沖作用。(記者付毅飛)

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