嫦娥四號成功著陸在月背預(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，嫦娥四號著陸器與巡視器已于1月3日夜里順利分離，玉兔二號巡視器駛抵月球表面。著陸器上監(jiān)視相機拍攝的玉兔二號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26分，嫦娥四號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，嫦娥四號從距離月面15公里處開始實施動力下降，7500牛變推力發(fā)動機開機，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，降落相機拍攝了多張著陸區(qū)域影像圖。

落月后，嫦娥四號在地面控制下，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工作，建立了定向天線高碼速率鏈路。11時40分，著陸器監(jiān)視C相機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。

嫦娥四號探測器由著陸器和巡視器組成，共配置包括2臺國際合作載荷在內(nèi)的8臺有效載荷，其中著陸器上安裝了地形地貌相機、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、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載荷。

著陸器與巡視器分離

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

1月3日15時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)移機構(gòu)緩慢移動。轉(zhuǎn)移機構(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，嫦娥四號的落月難度更大。一方面，嫦娥三號著陸區(qū)地形起伏僅800米，堪稱“平原”;而嫦娥四號著陸區(qū)地形起伏達(dá)到6000米。更重要的是，嫦娥四號與地面交流需要通過鵲橋中繼星中轉(zhuǎn)，其間會產(chǎn)生約60秒的延時，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自主完成。

嫦娥四號的成功落月，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)嫦娥四號奔月、環(huán)月、落月整個過程的控制，特別是近月制動和落月的過程，沒有重來的機會，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)地形特點的基礎(chǔ)上，502所科研團(tuán)隊設(shè)計了適應(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，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。

正如我們開車時需要行車?yán)走_(dá)和倒車?yán)走_(dá)輔助，引導(dǎo)嫦娥四號落月的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，為嫦娥四號安全降落提供了支持。

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

著陸緩沖機構(gòu)防止落地時“閃腰”

雖然嫦娥四號不怕黑、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條強有力的“腿”，不僅能讓它穩(wěn)穩(wěn)著陸，還能有效吸收著陸時產(chǎn)生的沖擊力，防止它身上的設(shè)備被震壞。

嫦娥四號的腿學(xué)名叫“著陸緩沖機構(gòu)”。每條腿都包含1個主腿和2個副腿，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)在著陸時安全支撐、吸收沖擊力。為了在減輕重量的同時保證強度，主腿和副腿的外殼被設(shè)計成又長又薄的圓筒，采用了強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)人員攻克了多項工藝制造難題。

在嫦娥四號的腿上，還長著臉盆一樣的圓形大腳掌，這種設(shè)計可以更好地防止它在著陸時摔倒。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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