投递人 itwriter 发布于 2018-12-08 08:09 原文链接 [收藏] « »

  2018 年 12 月 8 日凌晨 2 点 24 分,中国长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心起飞,把“嫦娥四号”探测器送入地月转移轨道,踏上了奔赴月球背面的征程,经过 27 天飞行之后,预计 2019 年年初着陆。

  “嫦娥四号”将首次实现人类探测器在月球背面软着陆和巡视勘察,首次实现月球背面与地面站通过中继卫星通信。将对月球背面的环境进行研究,对月球背面的表面、浅深层、深层进行研究,在月球背面进行低频射电天文观测等。

  一、“嫦娥四号”如何奔月?

  1、本次发射利用的是“长征三号乙”运载火箭,目前是长征系列火箭中的主力成员;

  2、起飞约 139 秒,助推器分离;起飞约 157 秒,一二级分离;起飞约 234 秒,整流罩分离;起飞约 324 秒,二三级分离;起飞约 1133 秒,器箭分离;

  3、进入地月转移轨道,向月球进发;

  4、抵达月球附近,减速入轨,进入离月面 100 公里的圆轨道,然后变轨进入近月面 15 公里的椭圆轨道;

  5、反推制动刹车,动力下降着陆月面背面;

  6、由于嫦娥四号降落在月球背面,需要中继卫星“鹊桥”转接信号;

  7、完成自检工作后,巡视器驶离着陆器,踏上月面;

  8、各自开展科研工作。

  二、“嫦娥四号”降落在月球哪里?

“嫦娥四号动力下降示意图

  “嫦娥四号”的着陆点为月球南极,处于月球背面艾特肯盆地,该盆地直径大约 2500 公里,深 13 公里,从坑底最深处到最高处落差大约 16 公里,这是太阳系内已知的最大、最古老的撞击坑。该盆地保存了原始月壳的岩石,收集这个区域岩石的数据可以帮助科学家们更好地理解月球的组成,具有极高的科学研究价值。

月球背面艾特肯盆地,该盆地直径大约 2500 公里,深 13 公里

  三、“嫦娥四号”探月的七大亮点

  1、实现人类首次月球背面软着陆与巡视勘察。

  ”嫦娥四号“是”嫦娥三号“的备份探测器,两者设计得几乎一模一样。”嫦娥三号“于 2013 年发射升空后,成功降落在月球表面,并且释放出玉兔月球车,进行月岩探测,圆满完成了任务。”嫦娥四号“将在月球背面着陆,这是人类探测器首次在月球背面软着陆。无论美国还是前苏联,都是在月球正面着陆。

  2、实现月球背面探测器与地面站间的中继卫星通信

  “嫦娥四号”探测器能够在月球背面着陆,关键就在于科学家提前把一颗叫“鹊桥”的中继卫星放在了地球和月球连线外侧的“拉格朗日点”上(L2),在这个点上,中继卫星在地球和月球共同的引力作用下围绕地球运动,且始终悬停在月球背面的上空。有了这颗卫星做通讯保障,探测器才敢在月球背面着陆,这也是人类首次。

嫦娥四号月球巡视器示意图

  3、国际首次实现在月球背面的甚低频射电天文观测

  宇宙起源的演化是自然科学的基本问题,射电天文是研究宇宙的重要手段,但低频无线电波能够被地球电离层和磁层的等离子吸收,无法到达地面,几乎是射电天文观测的空白。在太空中,又有来自地球无线电和太阳无线电的干扰,而月球的背面则是观测的绝佳场所。

  月球尺寸足够大,能够阻挡来自地球无线电的干扰,在月球的夜晚,还同时能够阻挡来自太阳的干扰。月球背面是公认的低频射电天文的绝佳场所。嫦娥四号或许能为我们打开一扇观测宇宙的新窗口。

  4、中继卫星入轨精度达到国际先进水平

  中继卫星“鹊桥”是由长征四号丙运载火箭送到 L2 点的。想把卫星稳定放在 L2 点并不是一件容易的事情,入轨难度比一般的卫星大得多。

  5、国内首次实现同位素核电池的太空应用

RTG 中使用的是二氧钚(钚-238),放射性衰变使其变得非常炽热。

  我们知道,大名鼎鼎的 NASA“好奇号”火星车采用的是核电源供电,使用的是钚-238 衰变放出的热量再经热电偶转换为电能(RTG),这种装置没有活动的部件,所以很可靠,并且放射性材料能够持续发热很多年。

  同样,“嫦娥四号”首次采用了这种供电方式,但还是辅助作用,主要还是太阳能板供电。据科学家介绍,这次使用的核电源功率还比较小,仅 2 瓦,与电脑上的 USB 口供电能力差不多,仅在月夜采集温度的时候采用。

  6、国际上首次开展超地月距离的反射式激光测距试验

阿波罗 11 号放置在月面的激光角反射镜(左),角反射镜的原理:无论从什么角度入射,反射光线总是与入射光线平行。

  在阿波罗登月期间,宇航员在月面上防置了多个激光角反射器,为人类研究月球的运动情况起了极大作用,由此还推算出月球每年 3.8 厘米的速度远离地球。甚至还在验证广义相对论方面派上了用场。

  地球和月球的距离是 38 万公里,而中继星与地球的距离是 45 万公里,还没有任何国家在这个距离上安装激光角反射器,而我们做到了。

  7、国际首次开展月球背面中子及辐射剂量、中性原子分布和地月 L2 点低频射电天文观测研究

  “嫦娥四号”任务包含中继星和探测器两次发射任务,在中继星和探测器上共有三个国际载荷,分别是着陆器搭载的月球中子及辐射剂量探测仪、巡视器搭载的月球中性原子探测仪以及中继星搭载的中荷低频射电谱仪,他们将分别首次开展月球背面中子及辐射剂量、中性原子分布和地月 L2 点低频射电天文观测等科学研究。

  四、从“嫦娥一号”到“嫦娥四号”简史

  中国“嫦娥探月”工程无人月球探测,分为“绕、落、回”三个阶段。

  1、“绕”就是发射月球卫星,“嫦娥一号”和“嫦娥二号”已经实现;

嫦娥一号的飞行轨道(右),嫦娥二号的飞行轨道(左)

  2、“落”就是在月球表面软着陆,“嫦娥三号”已实现在月球的正面软着陆,本次“嫦娥四号”将实现在月球背面软着陆,在月球背面开展科学探测工作,这在全球尚属首次。虽然是嫦娥三号的备份星,但却取得了多方面的创新。

嫦娥三号飞行轨道

  3、“回”就是从月球表面采样返回地球,这样等待后续”嫦娥五号“和”嫦娥六号“去实现。

  五:人类探月简史

1969 年,登月宇航员奥尔德林站在月面上,从头盔的反光中可见另一位宇航员,正是登月第一人阿姆斯特朗

  1959 年至 1976 年,前苏联曾 60 多次向月球发射探测器,创造了多项世界第一,包括第一次拍摄到月球背面,以及三次采集月岩返回地球。

  截至 2017 年底,美国向月球发射的探测器和载人航天器也已超 60 多次。中国 4 次,日本 2 次,欧洲 1 次,印度 1 次。比较成功的包括:

  1961 年至 1968 年,美国“徘徊者”系列飞行器,“月球轨道”系列飞行器以及“勘测者”系列月球着陆器,为后续阿波罗登月计划铺平了道路;

  1969 年至 1972 年,美国实施阿波罗计划,共 6 次登月成功,把 12 名宇航员送上过月球;

  1994 年至 1999 年期间,美国“克莱门汀”和“月球探勘者”的数据表明,月球两极区域可能存在着水冰;

  2003 年 9 月 27 日,欧空局的“智慧一号”探测器发射升空,这是欧空局第一个飞向月球的探测器,完成科学任务后,于 2006 年 9 月 3 日主动撞击月球表面;

  2007 年至 2008 年,日本“月亮女神”,以及“嫦娥一号”成功进入月球轨道,随后印度“月船 1 号”相继进入月球轨道;

嫦娥一号示意图

  2009 年 6 月 18 日,美国的“月球勘测轨道飞行器”和“月球环形山观测与遥感卫星”同时发射;

  2010 年 10 月 1 日搭载着“嫦娥二号”卫星的长征三号丙运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射;

嫦娥二号示意图

  2011 年 9 月 10 日,美国发射了“圣杯号”,这项任务旨在精确探测并绘制月球的重力场图以判断月球内部构造;

  2013 年 9 月 6 日,美国发射“月球大气与粉尘环境探测器”,用于探测月球大气层的散逸层和周围的尘埃,该探测器于 2014 年 4 月 18 日撞向月球背面而结束任务;

嫦娥三号着陆器与巡视器(玉兔号)

  2013 年 12 月 14 日,“嫦娥三号”成功软着陆于月球雨海西北部,成为继 1976 年“月球 24 号”后首个在月球表面软着陆的探测器,也是世界上第三个实现在月面着陆的国家;

2014 年发射的嫦娥五号 T1 试验器拍摄到的地-月同框

  2014 年 10 月 23 日,“嫦娥五号 T1 试验器”发射升空,为未来的“嫦娥五号”探测器以第二宇宙速度再入大气层提供试验验证。2014 年 11 月 01 日,返回器在内蒙古四子王旗预定区域顺利着陆,我国探月工程三期再入返回飞行试验获得圆满成功。

 
来自: 腾讯科技
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标签: 嫦娥四号

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