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2023
嫦娥
步步
翩跹
天道酬勤
“嫦娥〞探月,步步翩跹
Nemo
在今年11月于上海举行的中国国际进口博览会上,中国航天科技集团表示,年底就将发射“嫦娥四号〞。其实,这一发射消息自8月以来就不断登上新闻版面,而5月发射的“鹊桥〞中继星就是等着“嫦娥四号〞来与它相会的。这是中国月球探测工程中的重要一步,所有人都翘首以待。
回忆探月工程
2022年10月24日,“嫦娥一号〞发射升空,拉开了中国月球探测工程的序幕。它成功进入环绕月球的轨道,还拍摄制作了120米分辨率的全月图。中华民族嫦娥奔月的神话,给这一探月工程增添了几分绮丽与浪漫。
“嫦娥一号〞还有一个备份探测器。“嫦娥一号〞发射后,我国科学家把这个备份做成了“嫦娥二号〞探测器,并于2023年将其发射。“嫦娥二号〞外表看上去与“嫦娥一号〞大同小异,但它携带了更清晰的相机,获取了分辨率为7米的全月图。换句话说,对“嫦娥一号〞拍的月球照片,你能分辨出直径大于360米的陨石坑,而对“嫦娥二号〞拍的月球照片,你能分辨出直径大约20米的小坑!
“嫦娥二号〞降低轨道拍摄了“嫦娥三号〞的预定着陆区。它降轨飞掠拍到的照片,分辨率高于1.3米,这有利于为之后的探测器软着陆选取平坦落区。“嫦娥二号〞还飞到了拉格朗日L2点〔拉格朗日点指在太阳、地球两大天体引力作用下能保持相对静止的太空物体所在的点,其中L2点是航天器的理想驻留点〕,并拍摄了小行星“战神〞,这一次探月之旅可谓多姿多彩。
接下来的“嫦娥三號〞值得大书特书——它终于在月球上着陆了!2023年12月2日,“嫦娥三号〞从西昌发射升空,12月14日在月球虹湾地区成功着陆。这是自1976年苏联“月球24号〞之后的37年来,人类的探测器第一次重返月球外表。这一着陆受到了全世界人民的热情围观。要知道,对大局部航天迷来说,看到登陆月球的直播可是有生以来第一次!
“嫦娥三号〞带了一辆月球车——“玉兔号〞。“玉兔号〞在当时成了头号“网红〞,吸粉无数。它虽然第二个月就出现了故障,无法移动,而且还无法合上盖子休眠,但就是硬生生地“活〞到了2023年初——要知道它的设计寿命只有3个月啊!居然顽强坚持了3年,还真是一个“兔坚强〞。
因为“嫦娥三号〞的任务中,“玉兔号〞出现了意外,原来的备份便披挂上阵了,这就是“嫦娥四号〞探测器。不过,在发射“嫦娥四号〞之前,“嫦娥五号T1〞探测器就已于2023年10月24日发射了。这个探测器采用了“弹跳式〞再入返回技术,平安穿过地球大气层,落回地面,从而验证了航天器从月球轨道高速返回的能力,因此可以说它是“嫦娥五号〞取样返回探测器的开路先锋。
“嫦娥四号〞 意外惊喜
按照常理,“嫦娥四号〞应该在“嫦娥五号〞之前发射,不过既然已经有了“嫦娥五号T1〞这样的“插队抢先〞,“嫦娥五号〞先发射也不算意外了。然而天有不测风云,2023年,“长征五号〞火箭发射失败,原定“嫦娥五号〞探测器在2023年年底发射的方案便无限期推迟了。于是探月工程又回到了原来的程序,“嫦娥四号〞定于2023年年底发射前往月球。
“嫦娥五号〞是我国探月工程“绕落回〞三步走的收官之作,那在它之前的“嫦娥四号〞又有什么意义呢?“嫦娥四号〞原本是“嫦娥三号〞的备份,听起来可不怎么重要呀——如果你以为它只是为了弥补“嫦娥三号〞的遗憾,那就大错特错了!“嫦娥四号〞在科学上有着重要的意义,而且很可能给我们带来意外的惊喜。
引言中提到,2023年5月,我们发射了一颗中继星“鹊桥〞。它是为“嫦娥四号〞准备的,主要任务就是为着陆器和月球车提供通信中继。为什么“嫦娥三号〞没有这样一颗“鹊桥〞,“嫦娥五号〞方案中也不需要呢?这是因为“嫦娥四号〞要去月球反面探险!
月球的自转和公转周期相同,所以它的反面我们在地球上是永远看不见的。“嫦娥四号〞在月球反面着陆,地球发出的信号被月球本身阻隔,所以必须通过中继星才能与“嫦娥四号〞联系上。“鹊桥〞运行在拉格朗日L2点的轨道上,这一独特的轨道使它既能和月球反面的“嫦娥四号〞联系,也能和地球上的测控站联系。单独的中继星价值不菲,但这钱花得绝对值。要知道,人类已经发射了数十个月球探测器,还没有一个在月球反面着陆呢!中国的“嫦娥四号〞将填上这个空白,给我们带来月球反面神秘的信息。
“嫦娥四号〞探测器包含着陆器和月球车,其探测设备为此次探月任务做了相应的调整。就像我们外出旅游时会带上数码相机或拍照的一样,“嫦娥四号〞作为去月球“深度旅游〞的探险家,其着陆器装备了降落相机和地形地貌相机,月球车还带着全景相机、探测月球内部结构的测月雷达和分析月球外表成分的红外光谱仪。这些仪器将在从未有探测器踏足的月表地区进行探测,拍摄我们无法想象的奇景,也许一不小心就能出大新闻呢!
按照方案,“嫦娥四号〞将在月球反面的冯-卡门陨石坑着陆。这个大坑位于南极-艾特肯盆地西北部。该盆地直径约2400千米,是全太阳系最大最深的陨石坑,它很可能暴露月幔这样的月表下层结构,从而让我们得以研究月球乃至其他星球的早期演化历史。美国航空航天局〔NASA〕早已盯上这块风水宝地,在2023—2023年的十年调查报告中,NASA将南极-艾特肯盆地取样返回列为6个任务主题之一。如今“嫦娥四号〞抢先一步,捷足先登,希望能够为我们带来好消息。
另外,“嫦娥四号〞还有一个得天独厚的“洁净〞的电磁环境。如前文所说,“嫦娥四号〞在月背着陆,需要专门的中继星才能保障和地球的通信。反过来我们可以知道,因为地球的电磁波被月球阻隔,无法到达月球反面,所以“嫦娥四号〞不会受到电磁干扰。利用这个特殊的“安静〞环境,“嫦娥四号〞的着陆器将携带低频射电频谱仪,聆听宇宙深处的“声音〞!
“嫦娥四号〞还肩负了很多国际合作任务,它的着陆器、月球车和“鹊桥〞,携带了来自荷兰、瑞典和德国等国家的探测仪器。比方德国的中子辐射剂量探测仪,能探测着陆区的辐射剂量,为未来登上月球的航天员的辐射防护提供研究依据。现在的无人探月工程,终究都是为载人登月和建立月球基地做开路先锋的。
科普载荷 微生物圈
最后,“嫦娥四号〞对我们中学生来说,还有一层更亲切的意义。以往的月球探测器所携带的仪器、所专注的目标,听起来都充满了高科技含量,虽然格外的“高大上〞,但多少也有点“不明觉厉〞呀!而“嫦娥四号〞除了这些高科技工程外,还专门携带了科普载荷,这可是有史以来独一份啊!
2023年12月,为了激发社会公众,尤其是青少年对科学和航天探索的热情,中国国家航天局等机构面向全国的大中学生和航天爱好者,征集创新性佳、科普效果好的载荷。此项活动共征集到257个创意设计,经过专家评议初选后,有20项入围终审,并公开接受群众投票。最后登上“嫦娥四号〞探测器的“月面微型生态圈〞工程,网络得票数很高。
这个工程是一项月球微型循环生态系统设计,由重庆大学牵头设计。装置总重约3千克,原方案放置乌龟、仙人掌等,最后确定搭载拟南芥种子、马铃薯种子、蚕茧和昆虫卵、土壤、水和空气。植物种子萌发,幼苗生长;虫卵孵化,幼虫生长,蛹破茧成蝶……形成物质循环〔如以下列图〕。装置中配备了摄像头,可以录制并播放里面发生的一切。在空间站拍摄地球外表,大家已司空见惯了;在月球外表直播微型生态圈,还是世界头一遭吧?这将是“嫦娥四号〞任务中一个极大的看点,也为我们广阔中学生认识航天、月球和生物圈提供了绝佳的时机。未来,我们不但将登上月球,还要在月球上建立有人的月球基地。“嫦娥四号〞的微生物圈,就是为这个伟大的目标打前站!