科技馆里学航天

李志忠

“嫦娥四号”着陆器上装有多台调姿发动机，保证它可以稳定降落在月面上。

在中國科学技术馆四层的环廊一角，矗立着一个身披“黄金甲”的巨大模型，旁边还有一辆“小车”，它们就是人类历史上第一次降落在月球背面的航天器，大名鼎鼎的“嫦娥四号”月球探测器的等比例模型。

虽然这组展品只是一个1：1 的结构模型，但其关键结构却一点都不少。伸出两只“长腿”的“大家伙”是“嫦娥四号”的着陆器，在它旁边支着一双大“眼睛”的四轮小车则是“玉兔二号”巡视器（即月球车）。

前50 个月昼“玉兔二号”月球车在月面行驶的轨迹图，行驶距离累计1455.2 米，距离“嫦娥四号”着陆器的直线距离为865.1 米。（图片来源：国家航天局）

着陆器是“嫦娥四号”最关键的组成部分，它是负责携带“玉兔二号”实现月面软着陆的飞行器。在其下方有一台7500N 的变推力发动机，利用这台发动机可以控制着陆器的下降速度，实现空中悬停。在“嫦娥四号”实际降落时，它会在3000 米到100米的高度进行多次悬停，利用底部的相机拍摄月面照片，选择合适的降落位置。在着陆器的四周还配有一些喷嘴形的装置，这些都是着陆器的调姿发动机，用于控制着陆器的空中姿态，确保其以最稳定的状态降落在月面。在着陆器上部还有太阳能电池板、通信天线与全景相机等设备，用于实现着陆器独立的观测功能。

中国科技馆里展出的“玉兔二号”月球车模型

说完着陆器，再来看看旁边的“玉兔二号”巡视器。这辆月球车可不简单，最近的报道显示，它已在月球活动了4 年多，累计行驶近1500 米。别看它个头小，能力可不弱，除了头顶的全景摄像机用于拍摄月球美景外，在其底部还有一台测月雷达，用于在巡视路线上直接探测30 米内月壤结构和测量月面以下100—200 米深处的浅层月壳结构。经过4 年多的运行，它已经对着陆点附近的各种地貌进行了详细的探测。

相比于“玉兔一号”，“玉兔二号”面临的环境更加复杂，因此它也有了更突出的优点。

一是更自主。由于“嫦娥四号”着陆在月球背面，虽有中继星，但通信还是不如“嫦娥三号”方便，因此“玉兔二号”月球车具备根据光照条件自主地进入休眠状态的能力，唤醒后能自主设置进入稳定的工作状态。

二是更强壮。科研人员改进了“玉兔二号”月球车上的各种走线布局，采取防护措施避免短路发生。此外还在系统上做好故障隔离设计，即使局部出现问题，也不会让问题进一步扩展。“玉兔二号”月球车的结构更坚固，应付恶劣环境和困难的能力更强。

三是更特殊的设计。针对任务面临的复杂地形条件、中继通信新需求、科学目标的实际需要等因素，“玉兔二号”的运动安全、能源供给、科学探测和测控通信等方面均有着特殊设计。

叶培健院士（左）与“嫦娥”月球探测器模型

值得一提的是，“嫦娥四号”探测任务的成功离不开“嫦娥”系列月球探测器总指挥兼总设计师顾问叶培健院士的执着。由于“嫦娥三号”落月探测器出色地完成了预定任务，作为其备份星，“嫦娥四号”是否要发射及其承担的任务曾在较长一段时间内不能确定，主要原因是专家意见不一致，分歧的核心在于“嫦娥四号”是落在月球正面还是背面。

最初，很多专家认为“嫦娥四号”还是应该落到月球正面，这样比较牢靠，技术风险小，不会节外生枝，但叶培健院士主张落到月球背面。叶院士认为，落到月球背面，如果成功了是一大亮点；如果不成功，因为这是人类第一次尝试，也可以原谅。叶院士的提议通过了，“嫦娥四号”实现了人类第一次着陆月球背面并开展探测活动。

“嫦娥四号”不是一个很大、很复杂的月球探测器，而且还是个“备份星”，但其发射的意义却非常深远，它的发射成功创造了多个“首次”。

1959 年，苏联“月球3 号”探测器首次绕到月球背面，拍摄了世界上第一张月球背面照片。

科研人员为“嫦娥四号”精心设计的飞行轨道，使其能在月球背面安全着陆。（图片来源：新华社/ 国家航天局）

1959年，苏联“月球3 号”探测器首次绕到月球背面，拍摄了世界上第一张月球背面照片。

第一，“嫦娥四号”是首次到达月球背面的探测器。由于月球的自转周期与绕地球的公转周期相同，地球上的人永远无法看到月球的背面，因此很多科幻影片都把月球背面描述得格外神秘——有外星人、宇宙飞船、神秘基地……而真实的月球背面到底有什么呢？尽管过去60 多年人类已经发射了100 多个月球探测器，但只有不载人的环绕月球轨道器和载人的“阿波罗”飞船远远地看到过月球背面，并没有一个探测器真正地到达月球背面进行探测。因此，“嫦娥四号”是世界上第一个在月球背面软着陆和巡视探测的航天器。

第二，“嫦娥四号”首次发射了月球探测中继卫星。受月球自身遮挡，着陆在月球背面的探测器无法直接实现与地球的测控通信和数据传输。“嫦娥四号”的“鹊桥”中继星成为架设在“嫦娥四号”着陆器和巡视器与地球间的“通信站”、搭建地月信息联通的“天桥”。4 年多来，“鹊桥”圆满完成了它的任务，承担了“嫦娥四号”地月中继测控通信的职责。

第三，“嫦娥四号”首次在月球上开展月面生态系统研究。在“嫦娥四号”着陆器上搭载着一个“月面微型生态圈”，这个小罐子里放置了两种种子、蚕卵、土壤、水、营养液和空气以及微型相机和信息传输系统等科研设备，可进行史无前例的月面生态系统研究。

“嫦娥四号”在人类历史上首次实现了航天器在月球背面软着陆和巡视勘察，首次实现了月球背面同地球的中继通信，并与多个国家和国际组织开展了具有重大意义的国际合作。这是中国航天坚持自力更生、自主创新取得的又一重大成就，是中国由航天大国向航天强国迈进的重要标志之一，是新时代中国人民攀登世界科技高峰的新标杆、新高度，更是中华民族为人类探索宇宙奥秘作出的又一卓越贡献。

为解决通信阻碍，我国于2018 年5 月21 日发射了一颗中继通信卫星“鹊桥号”，定位于地月拉格朗日L2 点附近。该点位于地月球心连线上靠近月球的一侧，距月球约6.5 万千米，能同时“看到”地月，成为地月通信的“使者”。此图为“鹊桥号”中继星为地球和“嫦娥四号”提供数据中转的模拟效果图。（图片来源：国家航天局）

希望“嫦娥四號”着陆器和“玉兔二号”月球车能继续稳定工作，为人类揭开更多月球背面的秘密。（图片来源：国家航天局）