2018年12月8日，嫦娥四號(hào)探測(cè)器在我國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。 2019年1月3日，嫦娥四號(hào)成功著陸在月球背面，月球車“玉兔二號(hào)”到達(dá)月面開始巡視探測(cè)，目前已經(jīng)探測(cè)約200米的距離。嫦娥四號(hào)著陸器與玉兔二號(hào)巡視器完成兩器互拍，標(biāo)志著嫦娥四號(hào)任務(wù)圓滿成功。

　　

　　

　　一、月球知多少

　　月球是離地球最近的一個(gè)地外天體，也是地球唯一的天然衛(wèi)星。月球的半徑（1738km）與重力約是地球的六分之一，兩者相距約38萬公里；月球表面遍布著許多撞擊坑；月球本身不發(fā)光靠反射太陽光，其自轉(zhuǎn)軸和公轉(zhuǎn)軸夾角約為5度，有趣的是，月球的自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期是一樣的，轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間大約是地球上的1個(gè)月。

　　地球上始終只能看到月球的正面，永遠(yuǎn)看不到背面，這跟天文學(xué)所講的“潮汐鎖定”現(xiàn)象有關(guān)?！俺毕i定”的天體，繞自身的軸旋轉(zhuǎn)一圈跟繞著同伴公轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間是一樣的，同步自轉(zhuǎn)導(dǎo)致它會(huì)用固定不變的一面朝向同伴，所以，從地球上永遠(yuǎn)只看到月球的一面。實(shí)際上，宇宙中的“潮汐鎖定”是個(gè)很普遍的現(xiàn)象，矮行星冥王星和它的衛(wèi)星卡戎是最好的“潮汐鎖定”例子。

　　

　　

　　月球上的地形地貌大致分為月海和高地。月海相對(duì)平坦，最大坡度約為17°（一般為0－10°），標(biāo)準(zhǔn)方差為3.7°，環(huán)形坑就是典型的月海；高地起伏更大，最大坡度約為34°（一般為0－23°），標(biāo)準(zhǔn)方差為4.5－6°，甚至更高。如環(huán)形山上面部分會(huì)有一定坡度，坑中間相對(duì)平緩。月球上雖然沒有空氣，但它會(huì)不停受著宇宙高能粒子，特別是太陽風(fēng)（太陽噴射出來的高能粒子）的風(fēng)化作用，使得形成時(shí)間越久的坑越來越平緩。同時(shí)，月球表面覆蓋有1~10米左右不等的“月壤”，物理形態(tài)上類似火山灰的物質(zhì)。

　　

　　

　　月表溫差極大，白天溫度高達(dá)100多，夜晚溫度又低到零下190多度。

　　

　　

　　

　　二、國際探月潮

　　月球是人類探測(cè)地外天體的首選目標(biāo)，從1958年至今發(fā)射的深空探測(cè)器多達(dá)200余個(gè)，其中的月球探測(cè)器有100多個(gè)。人類探測(cè)月球大致分為三個(gè)階段：高潮期（1958－1976年），寧靜期（1977－1988年），復(fù)蘇期（1989年至今）。

　　

　　

　　1969年7月21日，人類實(shí)現(xiàn)了載人登月

　　探測(cè)月球主要有五種方式：①硬著陸與飛越；②軟著陸探測(cè)與自動(dòng)巡視勘查；③環(huán)繞探測(cè)；④樣品自動(dòng)采樣返回；⑤載人登月探測(cè)。

　　目前，人類已開展無人月球探測(cè)107次、成功53次，開展載人登月7次、成功6次。

　　1959年1月，蘇聯(lián)的月球1號(hào)探測(cè)器從距月球6000千米處飛過，首次探訪月球；1959年10月，蘇聯(lián)的月球-3號(hào)在飛過月球時(shí)，拍攝到月球背面的第一張照片。

　　

　　美國在1961-1972年間，進(jìn)行的一系列載人登月飛行任務(wù)中，6次成功著陸月球并返回，共有12名宇航員踏上月球。

　　

　　

　　1969年7月20日，人類首次登月

　　“復(fù)蘇期”所發(fā)射的主要探測(cè)器：

　　1989年10月18日，美國發(fā)射木星探測(cè)器“伽利略號(hào)”對(duì)月球進(jìn)行了飛越探測(cè)；

　　1990年1月24日，日本發(fā)射“飛天”月球技術(shù)試驗(yàn)探測(cè)器，進(jìn)行了飛越探測(cè)；

　　1994年1月25日，美國發(fā)射“克萊門汀”月球軌道探測(cè)器；

　　1998年1月7日，美國發(fā)射“月球勘查者”軌道探測(cè)器，發(fā)現(xiàn)月球上可能有水；

　　2003年9月27日，ESA發(fā)射“SMART-1”技術(shù)試驗(yàn)探測(cè)器，成功實(shí)現(xiàn)環(huán)月探測(cè)；

　　2007年09月14日，日本發(fā)射SELENE月球軌道探測(cè)器；

　　2007年10月24日，中國發(fā)射嫦娥一號(hào)月球軌道探測(cè)器；

　　2008年10月22日，印度發(fā)射月船一號(hào)月球探測(cè)器；

　　2009年06月18日，美國發(fā)射月球偵察軌道器(LRO)；

　　2010年10月01日，中國發(fā)射嫦娥二號(hào)；

　　2011年09月10日，美國NASA發(fā)射兩個(gè)小型“圣杯號(hào)”月球探測(cè)器；

　　2013年09月07日，美國NASA發(fā)射了“月球大氣與塵埃環(huán)境探測(cè)器”；

　　2013年12月02日，中國發(fā)射嫦娥三號(hào)，并于14號(hào)成功著陸；

　　2014年10月24日，中國發(fā)射嫦娥五號(hào)飛行試驗(yàn)器，驗(yàn)證高速再入返回技術(shù)。

　　2018年12月8日，中國發(fā)射嫦娥四號(hào)飛探測(cè)器，首次著陸月球背面。

　　

　　三、嫦娥探月路

　　我國的探月工程分三步：“繞、落、回”。這三個(gè)步驟，前者是后者的基礎(chǔ)，后者是前者的跨越。

　　

　　

　　探月是高風(fēng)險(xiǎn)活動(dòng)，國際上完全成功完成任務(wù)的不到一半。我國雖然起步晚，但起點(diǎn)高；投入少，而產(chǎn)出多。我國已實(shí)施的5次探月任務(wù)都成功告捷。

　　2007年嫦娥一號(hào)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)繞月探測(cè)；

　　2010年嫦娥二號(hào)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)驗(yàn)證和多任務(wù)多目標(biāo)探測(cè)，也是距離我們最遠(yuǎn)的一顆中國衛(wèi)星；

　　2013年嫦娥三號(hào)探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)我國首次和世界第三次月球軟著陸和巡視勘察探測(cè)；

　　2014年嫦娥五號(hào)飛行試驗(yàn)器，實(shí)現(xiàn)高速再入返回試驗(yàn)驗(yàn)證；

　　2018年嫦娥四號(hào)探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)月背軟著陸和巡視勘察探測(cè)。

　　一期工程——“繞”

　　嫦娥一號(hào)工程實(shí)現(xiàn)了我國從地球走向月球，并對(duì)月球進(jìn)行科學(xué)探測(cè)。其科學(xué)目標(biāo)是獲取月球表面三維影像，分析月球表面元素含量和物質(zhì)類型的成分，探測(cè)月壤特性，探測(cè)地月空間環(huán)境。

　　

　　

　　嫦娥一號(hào)驗(yàn)證了地－月飛行軌道設(shè)計(jì)技術(shù)、地－月遠(yuǎn)距離測(cè)控與通信技術(shù)、關(guān)鍵變軌控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，使我國初步掌握了繞月探測(cè)的基本技術(shù)。嫦娥一號(hào)衛(wèi)星繞月期間發(fā)回了1.4TB原始科學(xué)數(shù)據(jù)，取得了以月球影像圖為代表的大量科學(xué)成果。

　　我國第一張的月面的全影像圖

　　二期工程——“落”

　　嫦娥二號(hào)獲得了多項(xiàng)成果：成功獲取備選著陸區(qū)1.5m和全月面7m分辨率成像數(shù)據(jù)；首次開展了日地拉格朗日L2點(diǎn)（兩個(gè)天體之間的平衡力點(diǎn)，理論上衛(wèi)星能在這個(gè)點(diǎn)保持靜止）的探測(cè)試驗(yàn)，并且飛越當(dāng)時(shí)距離地球約700萬千米的圖塔蒂斯小行星并對(duì)其成像，國際上首次實(shí)現(xiàn)對(duì)該小行星近距離探測(cè)。

　　

　　全月面7m分辨率成像數(shù)據(jù)

　　嫦娥三號(hào)探測(cè)器由著陸器和巡視器組成。探測(cè)器經(jīng)過地月轉(zhuǎn)移段、環(huán)月段和動(dòng)力下降段的飛行，在月表虹灣地區(qū)實(shí)施軟著陸，兩器進(jìn)而分離成兩個(gè)獨(dú)立的探測(cè)器，各自展開月面探測(cè)工作。

　　

　　嫦娥三號(hào)獲得了首幅月球剖面圖——“嫦娥三號(hào)”開展了著陸區(qū)月壤內(nèi)部與月殼淺層結(jié)構(gòu)探測(cè)，是國際上首幅月球地質(zhì)剖面圖。首次揭示月球雨海區(qū)的火山演化歷史；在月基天文觀測(cè)——月基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡在月面上對(duì)多個(gè)天區(qū)實(shí)現(xiàn)近紫外天文觀測(cè)；在月球上看地球——通過極紫外相機(jī)，人們?cè)谠旅嫔蠈?duì)地球周圍15個(gè)地球半徑的大視場(chǎng)等離子體層進(jìn)行極紫外觀測(cè)。

　　嫦娥四號(hào)工程實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面軟著陸和巡視勘察；實(shí)現(xiàn)首次地月L2點(diǎn)中繼星對(duì)地對(duì)月的測(cè)控、數(shù)傳中繼。其科學(xué)目標(biāo)：月基低頻射電天文觀測(cè)與研究；月球背面巡視區(qū)形貌和礦物組份探測(cè)與研究；月球背面巡視區(qū)淺層結(jié)構(gòu)探測(cè)與研究。

　　嫦娥四號(hào)探測(cè)器系統(tǒng)包括著陸器、巡視器和中繼星。分兩次發(fā)射：中繼星單獨(dú)發(fā)射，進(jìn)入地月系L2平動(dòng)點(diǎn)使命軌道；“著巡”組合體發(fā)射，著陸至月球背面，在中繼星中繼鏈路的支持下，兩器分離并分別開展月面原位與巡視探測(cè)。

　　

　　月球背面分布著大量高地，遍布著撞擊坑和環(huán)形山。背面南部分布著著名的南極－艾特肯盆地（South-PoleAitkenBasin，SPA），中心緯度40°S～60°S，中心經(jīng)度180°附近，直徑2000km～2600km，是太陽系中規(guī)模最大、最古老的撞擊盆地，具有極高的科學(xué)研究價(jià)值。

　　月球背面由于其特殊位置，其特點(diǎn)有：

　　1)屏蔽來自地球的各類無線電信號(hào)，是對(duì)宇宙電磁波譜探測(cè)的最佳地點(diǎn)，是理想探測(cè)環(huán)境；

　　2)具有月球最大、最深、最古老的盆地-SPA盆地，保存了月球的早期信息，對(duì)于研究月球和地月系的初期歷史和演化、深層次的構(gòu)造和成分具有重要意義；

　　3)SPA盆地的形成也是目前爭(zhēng)論的科學(xué)問題。

　　通過嫦娥四號(hào)任務(wù)的實(shí)施可進(jìn)一步增加人類對(duì)月球背面的了解，與月球正面的探測(cè)結(jié)果進(jìn)行一體化綜合分析與研究，將可全面了解月球。

　　嫦娥四號(hào)工程主要有兩個(gè)難點(diǎn)：復(fù)雜地形的著陸和中繼通信。

　　第一個(gè)，復(fù)雜地形的著陸。

　　月球背面的南極—艾特肯盆地，地形起伏高達(dá)7公里，撞擊坑多，對(duì)著陸安全造成很大影響。滿足安全著陸就要解決兩個(gè)問題：高精準(zhǔn)著陸，即需要精細(xì)化的軌道設(shè)計(jì)與控制，采用“傾角+相位”聯(lián)合修正的最優(yōu)算法，實(shí)現(xiàn)著陸初始點(diǎn)位置和時(shí)刻的精細(xì)控制，優(yōu)化導(dǎo)航算法，實(shí)現(xiàn)“定點(diǎn)定時(shí)”著陸；高可靠著陸，即優(yōu)化動(dòng)力下降策略，合理設(shè)計(jì)分段控制目標(biāo)和導(dǎo)航修正策略，避免航跡地形起伏的影響；提高自主能力，系統(tǒng)自主故障診斷與重構(gòu)，自主建立著陸后工作狀態(tài)。

　　第二個(gè)，全時(shí)中繼覆蓋。

　　地月L2點(diǎn)軌道設(shè)計(jì)基于日、地、月關(guān)系，優(yōu)化平動(dòng)點(diǎn)軌道參數(shù)，實(shí)現(xiàn)全時(shí)中繼覆蓋；軌道維持策略設(shè)計(jì)基于測(cè)軌和軌控精度，優(yōu)化軌道維持策略，減少速度增量需求。采用再生轉(zhuǎn)發(fā)體制，獲得返向鏈路信道編碼增益，提高數(shù)據(jù)中繼能力。采用4.2m傘狀天線技術(shù)，提高前/返向鏈路信道增益；優(yōu)化幀同步容錯(cuò)策略，提高低信噪比解調(diào)能力；多通道+多模式+多速率，對(duì)月雙目標(biāo)同時(shí)可靠中繼。

　　嫦娥四號(hào)的發(fā)射飛行過程：

　　2018年5月21日，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心采用長征四號(hào)火箭成功發(fā)射中繼星“鵲橋”；

　　2018年6月14日，中繼星進(jìn)入地-月L2點(diǎn)使命軌道；

　　2018年12月8日，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心采用長征三號(hào)乙火箭發(fā)射著陸器和“玉兔二號(hào)”巡視器。

　　2019年1月3日10時(shí)14分35秒，開始實(shí)施動(dòng)力下降，于10時(shí)26分2秒，觸月敏感器觸發(fā)，標(biāo)志著陸器安全著陸到月面。

　　近距離成像：

　　

　　著陸器的監(jiān)視相機(jī)拍攝的人類第一張近距離月球背面圖像

　　

　　兩器分離：

　　

　　玉兔二號(hào)移動(dòng)到月面影像

　　

　　兩器互拍：

著陸器地形地貌相機(jī)對(duì)巡視器成像 巡視器全景相機(jī)對(duì)著陸器成像

　　環(huán)拍成像：

　　

　　著陸器地形地貌相機(jī)對(duì)著陸點(diǎn)周圍進(jìn)行360°環(huán)拍

　　月面巡視：截至目前，玉兔二號(hào)共計(jì)移動(dòng)約190m。

　　　　

　　科學(xué)探測(cè)：

　　1）月基低頻射電天文觀測(cè)研究：低頻射電頻譜儀在月球背面首次開展低頻射電天文觀測(cè)。

　　2）月球背面巡視區(qū)形貌和礦物組份探測(cè)與研究：紅外光譜成像儀。

　　3) 月球背面巡視區(qū)淺層結(jié)構(gòu)探測(cè)與研究。

　　4)地月空間環(huán)境探測(cè)。

　　嫦娥四號(hào)探測(cè)器近日有了重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。5月15日，《自然》雜志發(fā)布了有關(guān)月球探測(cè)的一篇文章，來自中國的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用嫦娥四號(hào)就位光譜探測(cè)數(shù)據(jù)，證實(shí)了月幔富含橄欖石推論的正確性，為月幔物質(zhì)組成提供了直接證據(jù)。

　　2019年2月4日，國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)(IAU)批準(zhǔn)了嫦娥四號(hào)著陸點(diǎn)及其附近5個(gè)月球地理實(shí)體命名：嫦娥四號(hào)著陸點(diǎn)命名為“天河基地”；著陸點(diǎn)周圍呈三角形排列的三個(gè)環(huán)形坑，分別命名為“織女”、“河鼓”和“天津”；著陸點(diǎn)所在馮卡門坑內(nèi)的中央峰命名為“泰山”。這些充分反映了我國在月球探測(cè)及其科學(xué)研究工作上所取得的成績，也體現(xiàn)了綜合實(shí)力和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平。

　　嫦娥四號(hào)任務(wù)的圓滿成功，首次實(shí)現(xiàn)了航天器在月球背面軟著陸和巡視勘察，地球與月球背面的測(cè)控通信，在月球背面留下了世界探月史上的第一行足跡，揭開了古老月背的神秘面紗，開啟了人類探索宇宙奧秘的新篇章。為人類和平利用太空、推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體貢獻(xiàn)了中國智慧、中國方案、中國力量。

　　三期工程——“回”

　　不久的將來，我國將發(fā)射嫦娥五號(hào)，實(shí)現(xiàn)采樣返回任務(wù)。未來還要實(shí)現(xiàn)月球極區(qū)探測(cè)，為建立月球科研站進(jìn)行前期技術(shù)驗(yàn)證。