嫦娥四号成功着陆月背!传回世界首张近距拍摄月背影像图

据央视报道,2019年1月3日上午10点26分,中国嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区(软着陆),成为人类首次在月球背面软着陆的探测器,首次实现月球背面与地面站通过中继卫星通信。嫦娥四号将对月球背面环境进行研究,对月球背面的表面、浅深层进行研究,进行低频射电天文观测等。

一、嫦娥四号如何降落在月球背面?

嫦娥四号成功着陆月背!传回世界首张近距拍摄月背影像图

嫦娥四号动力下降(电脑合成示意图)

2018年12月8日发射后,嫦娥四号很快达到了第二宇宙速度,直奔月球而去。在经过6天的飞行之后,12月12日就来到了月球附近,并且实施了近月点“太空刹车“,并成功被月球的引力捕获,进入距月面平均高度约100公里的环月轨道。

2018年12月30日,在地面工作人员的遥控下,嫦娥四号又实施“太空刹车”,由距月面平均高度约100公里的环月轨道,成功进入近月点高度约15公里、远月点高度约100公里的椭圆环月轨道,为择机着陆做准备。

嫦娥四号成功着陆月背!传回世界首张近距拍摄月背影像图

2019年1月3日,在高度15公里的轨道上,嫦娥四号上的发动机反推刹车,减小轨道速度,进入动力下降阶段。由于月球上没有空气,只能采用火箭发动机反推的方式徐徐下降。如上图所示,动力学下降阶段可分为以下步骤:

1、通过主减速阶段使嫦娥四号轨道速度降低,并下降至8公里的高度;

2、通过快速调整期进入落月姿态;

3、在反推火箭发动机的托举下,逐渐下降高度至100米,稍作悬停,对着陆区域进行检测寻找安全的落点;

4、进入躲避障碍阶段,最后30米缓速落月。

相对于嫦娥三号,嫦娥四号着陆区地形复杂,难度更大。

嫦娥四号成功着陆月背!传回世界首张近距拍摄月背影像图

在降落到目标区域后,着陆器和巡视器组合体要完成一系列步骤:着陆器太阳能帆板打开,着陆器转移机构解锁展开,巡视器太阳帆板、桅杆展开,巡视器移动到着陆器转移机构上,着陆器转移机构解锁、下降,巡视器从着陆器转移到月面,完成两器互拍后分别展开探测工作。

二、月球为什么有个背面?

要想解释清楚月球为什么有个背面,就要从潮汐力讲起。当我们在海边的时候,就能直观看到潮涨潮落现象,这是由于太阳和月球对地球的潮汐力。当潮水进入喇叭口的地形中,水位上涨更加明显,例如我国钱塘江大潮。

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由于月球比太阳近得多,对地球的潮汐力大约是太阳的两倍,因此我们着重考虑月球对地球的潮汐力。地球和月球其实可以看做一个双星系统,月球的非均匀引力场加上地球绕系统质心的转动,使得地球靠近月球的一侧和远离月球的一侧都会隆起一个“鼓包”,这两个“鼓包”都会对地球自转有刹车作用,这也是为什么地球会越转越慢的原因,过几年就会增加一个闰秒。同理,地球的潮汐力以同样的方式作用到月球,使月球的自转逐渐变慢,最终使得自转周期等于公转周期,不再继续变慢,这种现象在天文学上叫“潮汐锁定”。

嫦娥四号成功着陆月背!传回世界首张近距拍摄月背影像图

冥王星和卡戎的自转都已经潮汐锁定,它们两个只能每天面面相觑,彼此看不到对方的后背。潮汐锁定后的月球,就只有一面朝向地球了,就好像一个人围绕你一圈圈看一样,你只能看到他的正面,无法看到后背。当然,由于月球存在一种”天平动“的现象,在地球上能够看到月球的面积可达59%。主要是由于月球的轨道其实是一个椭圆以及自转轴与白道面有一个倾角造成的。

三、嫦娥四号探月七大亮点简述

1、实现人类首次月球背面软着陆与巡视勘察。

回顾整个人类探月史,无论美国还是前苏联,除了美国失灵的一枚探测器坠毁在月球背面外,人类的月表探测都发生在月球正面。

2、实现月球背面探测器与地面站间的中继卫星通信

嫦娥四号成功着陆月背!传回世界首张近距拍摄月背影像图

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)。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。

3、国际首次实现在月球背面的甚低频射电天文观测

在太空中,无法阻挡地球无线电的干扰,而月球的背面则是观测的绝佳场所。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、入轨精度达到国际先进水平

嫦娥四号成功着陆月背!传回世界首张近距拍摄月背影像图

嫦娥四号工程分为中继卫星和探测器两部分,中继卫星“鹊桥”是由长征四号丙运载火箭送到地-月L2点,探测器则由长征三号乙运载火箭送入轨道。同嫦娥三号相比,需要运载火箭将探测器送入更高的地月转移轨道,而其轨道精度要求基本不变。受发射时间等因素的影响,发射窗口数量减少,嫦娥四号工程对运载火箭提出了更高精度和可靠性要求。

5、国内首次实现同位素核电池的太空应用

嫦娥四号首次采用了同位素核电池(钚-238)供电方式,但还只是辅助作用,主要还是靠太阳能板供电。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

在阿波罗登月期间,宇航员在月面上放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。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,而我们的做到了。

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。


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