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据新华社报道，2019年1月3日10时26分，嫦娥四号探测器自主降落在月球背面南极艾特肯盆地冯卡门撞击坑，实现了人类探测器首次在月球背面软着陆。

成功的发射网站(来源:我们的空间微博)

这对中国的月球探索乃至整个人类有多重要？本文的十大亮点是全方位解读。

你为什么选择探索月球背面？

每天地球上都有无数的人，抬起头来看，我发现那是月光，表达着对它的各种感受。然而，很少有人意识到，自从他们第一次看到月球以来，月球表面的“图案”除了月球的“形状”(相位)的变化之外，从未改变过。即使是最早的原始人类南方古猿看到的月亮也和今天的一样。

活动图片:美国国家航空航天局的深空气象探测卫星在太阳和地球的拉格朗日点“固定点”观测到的月球经过地球150万公里，很明显，月球只有一侧正对着地球(图片来源:美国国家航空航天局)

原因很简单:

经过数亿年的努力，巨大的地球已经牢固地实现了月球的潮汐锁定，使它围绕地球的公转周期完全等于它自身的自转周期。从地球上，人们只能看到原来固定在地球上的那一面。尽管由于月球天平动和视差，后表面的一小部分可以看到，但大部分是看不见的。我们称它为“月亮的背面”，在一些文学作品中，它也被艺术称为“月亮的黑暗面”。应该注意的是，月亮的背面也可以被太阳照亮，太阳不是“黑暗的”，而是人类看不见的。

观看2:“我选择在月球后面着陆不是因为它简单，而是因为它更困难。”

人类探月甚至载人航天的巅峰是著名的阿波罗登月计划，它在历史上留下了三个字:

肯尼迪总统说了两句话:“我们将在这个十年结束前把宇航员送上月球，然后把他们安全送回。”我们选择去月球不是因为它简单，而是因为它困难。

经过无数宇航员的努力，阿姆斯特朗终于在1969年7月20日说出了最著名的一句话:“这对我来说是一小步，但对全人类来说却是一大步。”

到中国嫦娥三号的时候，人类已经在月球的前面有20个着陆器，但是后面是0个(来源:维基百科)

然而，所有的阿波罗载人任务，甚至苏联和美国的其他无人着陆任务都集中在月球的前面，这里的人们已经知道了很多。现在，不仅顶尖科学家可以每天使用激光精确监测地球与月球和月球表面之间的距离，普通天文学家也可以使用望远镜了解每个月海和月球表面的每个陨石坑。阿波罗计划甚至将12名宇航员送上月球，带回了382公斤单体样品。

我们总是探测前方并在前方着陆，但从不去后方的一个重要原因是很难在后方着陆。

由于苏美太空竞赛的趋势逐渐变成“昂贵但有限”，双方都放弃了月球探索。这也给人类月球探索留下了一个巨大的挑战:谁能成功地在月球背面着陆？我们不应该因为困难而去吗？

嫦娥4号回应道:“我选择在月球后面着陆不是因为它简单，而是因为它更困难。”

第三点:月球背面探测将给科学研究带来什么？

直接强调:

A.月球背面几乎完全被环形山/环形山环绕(97.5%)，远远超过前面(69%)，其形成的原因和现状只是理论上的解释，缺乏实地验证；

B.月球背面的南极艾特肯盆地是太阳系中第二大超级陨石坑。早在1998年，美国宇航局的月球探勘者就发现这里有水冰，这更接近月球最原始的状态。

嫦娥四号的实际着陆点位于该地区中部的冯·卡门陨石坑。它是以钱学森的导师命名的。在这里发生强烈碰撞后，它很可能曾经被熔岩淹没。它富含各种物质。也许月球地幔最原始的元素被留下了，月球最深的秘密被保留了下来。

D“月球上氦3的能源开发能满足人类对XX万亿/1亿年的能源需求”，我相信你已经看到了很多，而且理论上月球背面的环境更有可能产生氦3；

E.月球背面有一个天然的“屏蔽层”,没有来自地球的任何辐射干扰，这意味着它有一个非常安静的天文观测环境；

月球背面的月球土壤也很可能与月球正面的非常不同。

月亮的正面(左)和背面(右)看起来非常不同(来源:美国宇航局)

以上基本上意味着第一次在月球背面着陆的探测器将获得许多独特的科学成就，并将对世界空间和天文学界做出巨大贡献。

第四点:月亮挡住了。信号怎么样？

由于月球挡住了背面，信号中继卫星将被安排为着陆器做准备，并提供全面的信号支持。自20世纪60年代以来，美国宇航局一直在提出想法和论证，但从未付诸实践。目前，中国已经完成了这项任务:早在今年5月，中国就成功部署了喜鹊桥中继卫星，在距月球65000公里的拉格朗日2号附近的光环轨道群上运行。

鹊桥接力星与地球和月亮的轨道关系(资料来源:吴等。)

这是人类历史上第一颗月球信号中继卫星。它在地球和月球之间架起了一座“鹊桥”。它将见证嫦娥四号探索的全过程，也将负责嫦娥四号通信的全过程。

第五点:着陆区有多复杂？

月球背面的环形山被密集覆盖，尤其是南极-艾特肯盆地的地形和海拔图极其复杂，这就对与着陆传感器相匹配的各种系统提出了很高的要求。特别是，高度变化的速度超过了以前的任何着陆，最大下降16.1公里。冯卡门陨石坑属于核心地区之一。对嫦娥四号来说，这相当于爬山去寻找它。

如果说探测器先前在月球表面的着陆是一艘小船轻轻地划过湖面，那么嫦娥四号在月球背面的着陆就像是在暴风雨的海洋中冲浪，这是相当困难的。

南极艾特肯盆地的地形图比其他地方复杂得多。地图上标出的地方是冯·卡门陨石坑(地图是由加里克-贝瑟尔和祖贝尔修改而来)

为了成功着陆和释放月球车探测，需要克服的困难和意义是可以想象的。

手表6:为什么你在四天内到达月球，但仍然没有着陆？

嫦娥四号早在12月8日就发射升空，使用了中国目前最强的深空探测火箭，嫦娥四号从三型变为三型。重量为3.8吨，最近几个月只花了4天14: 16完成发射、轨道修正、刹车和进入工作轨道，这是四项主要任务中最短的一项。然而，着陆任务要到2019年1月3日才会进行。

为什么要花这么长时间？

就是等待机会。

月亮是潮汐锁定的。它的自转和公转是一样的，结果是一天是一年，半夜半昼。换句话说，地球的时间是近14天的昼夜交替。嫦娥四号进入月球轨道后，正在测试仪器，等待月球进入白天。毕竟，它的主要能源是太阳能。

光线照射形成的阴影也是着陆时地形判断的重要图像参考(来源:美国航天局)

另一方面，由于着陆点靠近南极，需要逐渐调整轨道的倾角才能通过这里，这相对比较费时。同时，我们也应该等待太阳以理想的角度照射在月球上，这样所有的地貌都会有清晰的阴影，并最大限度地帮助光学设备选择和定位着陆点。

网上有一种说法，阿波罗选择阴历登陆月球，这是中国的传统历法。在某种程度上，这是非常合理的，因为阴历与月亮重合，这反过来表明太阳对月亮的照射。这对登月设备是一个重要的参考。

观看7:嫦娥4号是如何“移动”着陆的？

由于着陆难度大大增加，嫦娥四号的着陆方法也将改变。由于着陆点独特的地形，其避障要求比其他着陆任务高得多。

嫦娥三号和嫦娥四号动力下降过程的比较(资料来源:李飞等。)

可以看出，进入准备阶段后，嫦娥四号的轨迹不是下降而是上升，然后进入几乎实现长距离垂直下降的过程，在此过程中要完成避障、悬停、精细避障和缓慢下降的全过程是极其困难的。如此复杂的“运动”需要极高的导航和控制能力。

手表8:嫦娥4号是如何获得能量的？

太阳能电池板和可充电电池的组合是许多月球探测器的基本设备。在白天，月球上充满了太阳能，太阳能电池板被充电，剩余的电能被节省，所有系统正常工作。夜间能量不足，只能冬眠或降低工作强度。中国的大多数嫦娥三号和玉兔号任务，以及苏联和美国的许多无人探测器都采用了这一计划。

2013年12月2日发射的嫦娥三号和玉兔月球车主要依靠太阳能电池板提供能量(来源:中国航天科技集团)

为了应对夜间的低温，探测器还需要携带放射性同位素钚-238，其半衰期为88年，并将持续释放热量用于隔热，如嫦娥三号。同时，它的热量也可以被收集起来发电。这就是众所周知的“核电池”。太阳系的五大使者，先锋10号、先锋11号、航海家1号、航海家2号和新视野号，都依靠它来实现他们的深空旅行。

在嫦娥四号上，中国将首次测试自己的“核电池”技术。尽管它不是主要的能源来源，但这一突破已经意义重大。

观看9:针对攻击的备份！

嫦娥四号原本是嫦娥三号的备份版本，但毫无疑问，它的科学和工程目标远远超出了前者。在嫦娥四号动力下降的过程中，需要鹊桥的配合来完成所有的动作，这就需要对机载传感器和核心着陆辅助设备进行全新的升级。

马铃薯、家蚕、拟南芥和生命支持系统组成的月球微生态系统(资料来源:重庆大学)

根据以往的经验，嫦娥四号对月球车进行了一定的改进，以延长月球车的使用寿命，扩大其科研成果。太阳能电池板系统也已经升级为高效三结砷化镓材料，具有更强大的能源。嫦娥三号现有的月球雷达和其他设备将升级。

此外，为了充分利用月球背后的“清洁”天文观测条件，科学仪器增加了一系列探测中子和辐射剂量、低频无线电和中性原子的设备。除了科学研究之外，它还承载着以科学普及为主要目标的月球表面微生态圈。里面有几种生物，这也是人类第一次在月球表面进行实验。

第10点:国际合作的重大突破

作为中国最具标志性的大型科学研究项目之一，嫦娥探月工程在扩大中国在航天领域的国际影响力，甚至直接促进国际合作方面，对中国来说都是不可替代的。嫦娥四号任务(que桥中继卫星本质上也是嫦娥四号任务的一部分)是中国太空飞行的一个突破性步骤。

嫦娥四号任务的火箭整流罩上有许多国际组织，可视为高度国际化的任务(资料来源:中国航天科技集团)

在科学方面，低射频电子探测器与荷兰合作，月球表面的中子和辐射剂量探测器与德国合作，中性原子探测器与瑞典合作，月球上的小型光学成像探测器与沙特阿拉伯合作。

任务成功后，嫦娥四号收集的第一手科研资料将公之于众，欢迎世界各国科学家共同研究。总之:嫦娥工程是近年来中国航天事业在世界上最大的名片。虽然它产生了广泛的影响，但也受到了业内和业外的广泛关注。这是中国航天产业吸引和与外界合作的最佳平台。

因此，嫦娥四号不仅是中国的，也是世界的。它的科学和工程意义是全人类的重大突破。

主要参考资料:

1.本文中的“吴等”是指该杂志的文章:吴、、唐玉华等。深空探测杂志，2017，4(2):11117。

2.本文中的“等”指的是该杂志的文章:，张轩，吴，等.月球背面地形对软着陆探测的影响分析.深空探测杂志，2017，4(2): 14149。

3.美国国家航空航天局提出的第一个完整的月球信号中继方案可以在下面的文章中找到。光环轨道月球站。

4.南极-艾特肯盆地的原始海拔地图来自波特、雷沃·科林斯、西·瑟·基弗、皮·杰·麦戈文和达·克里格(2012)。限制南极-艾特肯盆地影响的大小，伊卡洛斯，220，730–743，doi:10.1016/j .伊卡洛斯. 2012.05.032

(本文中显示的图片均经过授权)