12月8 日凌晨 2 时 23 分,嫦娥四号探测器在我国西昌卫星发射中心成功发射,预计飞行 27 天后,将于 2019 年初在月球着陆,这将是世界第一颗在月球背面着陆和巡视探测的太空载具。

20181211-change-3.jpg

待成功登月后,嫦娥四号探测器将实现几个国际上“首次”的纪录:首次实现人类月球背面着陆与巡视勘察;首次实现月球背面探测器与地面站间的中继卫星通讯,为此科学家已提前把一颗叫“鹊桥”的中继卫星放在地球和月球联机外侧的拉格朗日 L2 点(Lagrangian point);首次实现在月球背面的低频射电天文观测。

开启人类首次月球背面软着陆探测之旅

根据腾讯科技与新浪科技,嫦娥四号将在月球背面靠近南极的一个撞击坑着陆,相比于嫦娥三号在月球正面地势较为开阔、平坦的虹湾着陆,嫦娥四号的着陆环境难度高,因为月球背面山峰林立,大坑套小坑,因此必须有更准确的着陆精度。

月球背面对于人类而言,更是“秘境中的秘境”,有许多未知等待着解答。由于月球自转周期和公转周期相等,加上被地球潮汐锁定,地球强大的引力让月球总是一面朝向地球,所以人类在地球上只能凭肉眼看见月球的正面,背面则看不见。月球背面到底是啥样,嫦娥四号探测器将第一次身临其境去感触。

20181211-change-2.jpg

由于月球自转一周所花时间和绕地球公转一圈所花时间相同,人们从地球上永远只能看到月球的一面。(图为月球背面)

“因为没有别的探测器到过月球背面,所以不论是探地形还是探月壤成分,应该都是人类第一次获得的一手数据。”中国航天科技集团五院嫦娥四号探测器项目执行总监张熇说。

据中国航天科技集团五院嫦娥四号探测器副总师吴学英介绍,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。

BBC科学事务编辑保罗·林肯(Paul Rincon)解释道,冯·卡门陨石坑是科学家们很感兴趣的地方,因为它位于月球最大最古老的撞击地貌——南极-艾特肯盆地(South Pole-Aitken basin),这可能是数十亿年前一颗巨大的小行星撞击形成的。

创造艾特肯盆地的强大冲击力可能已经穿过月球地壳,直抵地幔层。嫦娥四号的仪器可以对这一说法进行检测,从而揭开地球唯一天然卫星的早期历史。

当年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。而嫦娥四号的主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。嫦娥四号着陆器在凸凹不平的地方软着陆,需要具有比嫦娥三号更准确的着陆精度。

采用近百只国产晶体元器件保证稳定精准

澎湃新闻从航天科工203所方面了解到,由该所研制生产的近百只自主可控晶体元器件,作为嫦娥四号中电子设备的心脏,稳住了其飞行的脉搏,不但助力嫦娥四号精准奔月和落月,也保障其能及时准确地和地球“百万里报平安”。

在嫦娥四号任务中,晶体元器件主要为工程的发射、测控、在轨飞行、着陆等提供稳定、可靠的频率信号。嫦娥四号的频率信号如同人体的脉搏,脉搏的稳定是嫦娥四号稳定正常工作的前提。

据了解,嫦娥四号共使用了9个型号的晶体元器件,包括晶体振荡器、晶体滤波器、石英谐振器等。

其中,由航天科工203所研制生产的某型温补晶体振荡器,可输出非常精准稳定的频率信号,适用于对频率信号要求较高的系统。嫦娥四号使用的此型温补晶体振荡器,经过进一步设计和工艺攻关后,性能指标和可靠性进一步提高,频率稳定度优化了30%,可温度工作范围提高近一倍,并具备良好的环境适应性。

高精度窄带宽的晶体滤波器具备独特的“调脉”作用,主要为嫦娥四号筛选掉异常跳动的“脉搏”,使得嫦娥四号通讯系统和控制系统中的频率信号更加干净。据悉,此次嫦娥四号使用了数只高精度的晶体滤波器,输出要求频谱干净,任何杂波都能被其筛选掉,保证为嫦娥四号提供最稳定的“脉搏”,保障嫦娥四号关键设备的健康和安全。

此外,在嫦娥四号中装备最多的某型高性能时钟晶体振荡器,已大量应用到我国探月工程的重要产品中。在嫦娥四号中,该型高性能时钟晶体振荡器,既有充当通讯设备的,也有控制嫦娥四号精准着陆的控制系统,还有拍摄月球的光学电子设备。

据介绍,该型高性能时钟晶体振荡器的输出信号,其功能类似公路网中的信号灯,如果其稳定正常,卫星系统的信号便会稳定流畅,如果其失效,卫星系统的信号会出现秩序混乱、甚至系统崩溃的严重后果。因此,航天科工203所介绍,其必须稳住嫦娥四号的“脉搏”,保障嫦娥四号在遥远的太空中“控得住”并和地面能够 “看得见”、“听得清”。

“备胎”被赋予全新任务

此次发射的嫦娥四号探测器原本是嫦娥三号探测器的备份,不过在嫦娥三号圆满完成任务后,嫦娥四号被赋予了新的担当。

据新华社报导,嫦娥四号着陆器这次携带了两个相机、研究太阳风暴的低频射电频谱仪和德国基尔大学研制的月球中子及辐射剂量探测仪,科学任务主要是展开月球背面低频射电天文观测与研究;对月球背面巡视区形貌、矿物组成及月表浅层结构探测与研究;对月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究。

嫦娥四号与荷兰、德国、瑞典、沙特阿拉伯展开 4 项科学载荷方面的国际合作,搭载 3 项由哈尔滨工业大学、广州中山大学、重庆大学等校研制的科学技术试验计划,预计将为中国向地球运送月球岩石和土壤样本铺平道路。

值得一提的是,嫦娥四号着陆器还携带了一个3公斤重的小型实验室“微型生态圈”,内含蚕卵、土豆和拟南芥种子,该实验由28所中国大学设计。

“我们想研究月球上种子的呼吸作用和光合作用,”该实验指挥、重庆大学副校长刘汉龙对新华社说。

“微型生态圈”首席设计师谢更新则表示,该实验的温度要控制在1到30度之间,并适当控制湿度和营养。“我们将用一根管道将月球表面自然光导入罐内,以让植物生长。”