前往月球背面的征途绝非一帆风顺｜读+

　　“两器互拍”之“嫦娥四号”。 “玉兔二号”摄
　　“两器互拍”之“玉兔二号”。 “嫦娥四号”摄
　　上周四，国家航天科技代表团访问香港，嫦娥四号探测器项目执行总监张熇在香港理工大学发表演讲称，中国将建立月球科研站，相信不远的未来中国航天员也会登上月球。
　　嫦娥四号，是人类第一个着陆月球背面的探测器，实现了人类首次月球背面软着陆和巡视勘察，首次实现了地球与月球背面的测控通信，在月球背面留下了中国探月的第一行足迹，揭开了古老月背的神秘面纱，开启了人类探索宇宙奥秘的新篇章。
　　然而，成功的背后都有艰辛，前往月球背面的征途绝非一帆风顺。
　　《月背征途：中国探月国家队记录人类首次登陆月球背面全过程》记录了人类首次登陆月球背面全过程，详细介绍了月球车从发射、降落到巡视月背的全部细节，也披露了不少内幕。这本书的作者是“北京航天飞行控制中心”，是我国载人航天、深空探测任务的指挥调度、飞行控制、分析计算、数据处理和信息交换中心，火星探测以及我国空间站的组装、建造和长期运行控制工作也由该中心承担，是名副其实的“航天国家队”。


　　《月背征途：中国探月国家队记录人类首次登陆月球背面全过程》 北京航天飞行控制中心 著 北京科学技术出版社
　　出师不利 “龙江一号”失踪
　　首先要说清楚，为什么月球背面这么神秘，从来无人看到过。明白了这一点，才能明白中国的“嫦娥四号”做了多么了不起的事。
　　地球和月球之间存在着“潮汐锁定”，被地球“潮汐锁定”的月球绕自转轴旋转一圈的时间等于绕地球公转一圈的时间，这种同步自转导致月球始终以一个半球固定不变地朝向地球。所以人们在地球上看到的，永远是月球的同一面。
　　一旦“嫦娥四号”降落在月背，由于月球的阻挡，地球上的测控站无法与月球背面建立无线电通信，也无法对飞越或着陆月背的航天器进行测控，形象地说就是“月球背面不在地球的通信服务区”。
　　为了解决这个问题，必须发射中继星，相当于连接地球和月背的“通信基站”。
　　2018年5月21日，我国成功发射“鹊桥”中继星，一起升空的还有由哈尔滨工业大学牵头研制的“龙江一号”和“龙江二号”两颗微卫星。这是我国首次发射环绕月球轨道的微卫星，并将首次采用双星编队飞行的方式，在月球背面开展超长波天文观测工作，具有较高的科学价值。
　　5月22日凌晨，“龙江一号”卫星信号突然消失，飞控中心反复进行应急搜索，但再也没有能够跟踪到。
　　“龙江一号”的丢失，让大家痛心不已。测控系统总指挥建议，“龙江二号”第一次中途修正期间调用我国最大口径深空天线——佳木斯66米天线提供测控支持。但不同意见认为，使用深空站天线会占用跟踪“鹊桥”中继星的资源。讨论会上，双方各执一词，互不退让。经过一番激烈的争论后，最终同意增加佳木斯深空站为“龙江二号”中途修正提供应急测控支持。
　　5月23日，“龙江二号”第一次中途修正开始，14分钟后突然出现姿态失稳的情况，正在跟踪的青岛测控站跟踪信号随即中断。飞控中心立即切换至喀什站发送指令。不幸的是，喀什站跟踪也很快中断了。“佳木斯深空站跟踪信号正常！”紧要关头，佳木斯站立功了。
　　根据遥测数据判断，星体角速度已经达到400转/秒，此刻，卫星电源的电量已经下降到60％，如果不尽快解决故障，卫星将可能就此“休眠”，永远无法启动。飞控大厅里气氛凝重，所有人都心悬一线，默默地祈祷“龙江二号”能够平安。经过近3小时的紧急抢救，飞控中心准确发送500多条指令，“龙江二号”终于转危为安。大家为这次成功的紧急抢救而欢呼，为调用佳木斯站的正确决策而感到庆幸。
　　2019年5月25日22时，在飞控中心的精确控制下，“龙江二号”成功实施近月制动，进入预定的环月轨道，成为全球首个独立完成地月转移、近月制动、环月飞行的微卫星。
　　“龙江二号”的抢救成功有着极大的科技价值和意义。它搭载了由中国科学院国家空间科学中心研制的低频射电探测仪和由沙特阿拉伯研制的月球小型光学成像探测仪（光学相机）等科学载荷。5月28日，沙特光学相机首次开机，成功获取了月球表面的可见光图像，又拍摄到高清地月合影，美中不足的是地球有大面积云朵，把陆地海洋都遮挡住了。
　　大家决定再拍一次，要把阿拉伯半岛也拍摄进去。6月8日，经过新一轮的编排计划、指令发送、图像下传、编译处理等工作，地面终于获得了满意的高清地月合影图像。这是中国与“一带一路”沿线国家在航天领域合作取得的又一个成果，极大地提升了我国在深空探测领域的国际影响力。
　　“两器互拍” 在月球上“开车”要小心
　　“两器互拍”是“嫦娥四号”着陆月背过程中的一场重头戏，也是“嫦娥四号”任务宣布圆满成功的重要任务目标。简单地说就是，“嫦娥四号”在月球背面释放出“玉兔二号”月球车，飞控中心的遥控操作团队将远程驾驶“玉兔二号”向预定的“两器互拍”成像点进发。到达该点后，“嫦娥四号”和“玉兔二号”就像两个好朋友一样，互拍一张对方的“靓照”传给地面。
　　为了达到互拍靓照的需求，这个成像点必须满足若干条件：一是“两器”之间要大于一定的距离；二是必须能清晰地拍到五星红旗，要考虑光照等因素；三是适合“休眠”或附近有适合“休眠”的地点；四是规划好路径，且在规定的时间内可以到达。
　　所以，关键就是要在月球上“开车”，而且要很小心，因为月球遍地是坑，万一把车开进坑里，损失就大了！要知道，2013年中国的“玉兔一号”月球车，只在月球上跑了114.8米，给中国科学家留下很大遗憾。这一次，地面人员反复训练，总结出了9条“月球开车守则”，书里只披露了第3条——
　　每次移动后在导航点或中间点对行走效果进行评估，判断是否移动到位，可否按照原定策略及相应应急方案实施。移动未到位判断准则如下：1.针对直线行走、原地转弯和曲线行走，地面监视判断遥测偏航角与规划结果超过5°或遥测位置与规划结果偏差超过0.5米。2.若该站点获得的视觉定位结果与规划位置距离偏差超过移动距离的10％。如果地面判断出现“移动未到位”的情况，就要立即停止原规划方案，进入问题排查和紧急脱困状态，必要时退回到上一站点，确保“玉兔二号”的安全。


　　“玉兔二号”结构示意图。
　　“道路千万条，安全第一条”，在中国航天人智慧与勇气兼备的操作下，“两器互拍”圆满成功，引来国际上一片赞誉。
　　美国国家航空航天局局长第一时间在社交媒体上向中国“嫦娥四号”团队表示祝贺：这是人类史上的首次，更是一项“令人印象深刻的成就”！《纽约时报》报道称：“嫦娥四号”成功着陆月球背面开启了人类探月历史的新篇章，充分证明中国在深空探测领域已达到世界领先水平。俄罗斯齐奥尔科夫斯基航天研究院院士表示：“嫦娥四号”成功落月是中国取得的一项重大航天探索成就，确保探测器在月球背面着陆的技术非常复杂，此前任何国家都未能使其探测器在月球背面软着陆，中国这一成功产生了巨大的心理轰动效应。英国《每日电讯报》网站报道称：以前人类发射的航天器曾拍到过月球远端，但还没有一艘航天器或探测器在月球背面着陆过。德意志新闻社报道称：中国现在是第一个使探测器在月球背面着陆的国家。日本媒体表示：自美国通过“阿波罗计划”将人类送上月球后，让探测器在月球着陆计划就几乎没有成功过。21世纪只有中国探测器成功着陆，中国探月已领先世界一步，这是确定无疑的。
　　不仅如此，“玉兔二号”还打破了另一项世界纪录。此前，苏联的“月球车1号”在月面工作了321天，2019年11月21日，“玉兔二号”在月球背面累计工作满322天，成为人类在月面工作时间最长的月球车，也是目前月面上唯一一辆在工作的月球车！
　　月球种棉 “丝绸之路”通向太空
　　这次“嫦娥”登月，带上了棉花种子、油菜种子、马铃薯种子、拟南芥种子、酵母菌和果蝇等6种生物。其中，马铃薯可能是航天员未来在太空的主食之一，拟南芥、酵母菌和果蝇都是生命科学领域重要的模式生物。上述6种生物构成一个含有生产者、消费者和分解者的微型生态系统。植物产生氧气，并作为食物供其他生物消费。作为消费者的果蝇和分解者的酵母菌通过消耗氧气产生二氧化碳，供植物进行光合作用。酵母菌可以通过分解植物和果蝇废弃物而生长，并能作为果蝇的食物。
　　2019年1月3日23时18分40秒，“嫦娥四号”落月后的12.88小时，飞控中心控制生物科普试验载荷加电。在生物科普试验载荷开机后约30分钟，飞控中心成功放水，6种生物进入月面生长发育模式。
　　经历了24小时焦急的等待，1月4日21时43分，在主相机视场内出现了一颗种子萌芽！整个飞控大厅沸腾了。经专家确认，生物科普试验载荷内棉花种子已经发育为胚根，在阳光的照耀下，随着时间的流逝，幼芽逐渐长大。
　　这是在经历月球极端真空、极端温差、强辐射等严峻环境考验后，人类第一次在月面上做生物生长试验。生物科普试验载荷已初步实现人类首次月面生物试验，在荒芜的月球上培育出第一株植物嫩芽，并随着时间的推移，成功实现人类有史以来第一片在月球上生长的绿叶，对人类之后建立月球基地提供了很好的研究基础和经验，具有重要的借鉴意义。
　　面对这一生态奇迹，国外网友惊叹：“中国人把丝绸之路延伸到了月球！”
　　雄心勃勃 中国迈步探索深空
　　战胜了若干风险之后，中国探月任务取得了计划之中的成功。但是中国绝不会就此止步。根据《月背征途》一书介绍，我国未来深空探测任务将重点开展月球永久阴影区探测、小行星采样返回探测、火星采样返回探测、木星系及行星际穿越探测、太阳系边际探测等一系列深空探测活动。随着上述任务的实施，将开拓我国深空探测的深度和广度，获取重大原创性科学发现，加快实现我国的航天强国建设。
　　这其中，我国的月球永久阴影区探测任务将实施3次极区探测，“嫦娥六号”完成极区采样返回、“嫦娥七号”完成极区环境与资源勘察、“嫦娥八号”建成科研站基本型，为我国最终建立月球科研站奠定良好的基础。
　　小行星探测结果关系到宇宙的起源演化、物质结构、生命起源等重大基础性前沿科学问题，已经成为深空探测的热点。我国的小行星采样返回探测任务将采用一次任务，实现3年小行星采样返回、10年主带彗星绕飞探测。
　　火星探测任务的目标是在2030年前实施火星土壤和岩石的无人采样，并将样品返回地球开展科学研究。将采用两次发射的方式，分别发射不同子任务的两个探测器，其中一个完成火星捕获、样品转移收纳与返回，另一个完成火星大气进入、下降与着陆，火星表面上升以及样品投送。
　　木星系及行星际穿越探测任务的目标是实现木星、木卫四的环绕探测和行星际穿越探测，为深化对木星系和行星际的相关科学研究提供科学探测数据。木星系及行星际探测将通过一次任务，完成木星、木卫四的环绕探测并到达天王星。
　　太阳系边际探测任务的目标是飞行到距离太阳约150亿千米的日球层边界，开展对物质结构、宇宙演化、生命起源等重大科学问题的探测与研究。
　　毛泽东写过这样的诗句：“可上九天揽月，可下五洋捉鳖，谈笑凯歌还。世上无难事，只要肯登攀。”
　　茫茫太空，科学无止境，中国人将一步一步去登攀。
　　（长江日报记者李煦）
　　【编辑：贺方程】