著陸：人類將引導(dǎo)中國(guó)嫦娥4號(hào)著陸器完成登陸月球表面的降落過(guò)程的前三個(gè)階段，之后，航天器將自動(dòng)完成著陸。

今年12月，中國(guó)將首次嘗試在月球背面軟著陸。目前官方還沒(méi)有正式宣布發(fā)射日期，但有傳言說(shuō)，嫦娥4號(hào)將于12月8日左右發(fā)射，然后于當(dāng)月晚些時(shí)候著陸。

參與這一任務(wù)的科學(xué)家們說(shuō)，準(zhǔn)確地在月球上的特定地點(diǎn)著陸并在那里進(jìn)行自主探索的能力，將為未來(lái)的月球和深空探測(cè)（包括在本世紀(jì)20年代初探測(cè)月球兩極的擴(kuò)大任務(wù)）奠定基礎(chǔ)。但是他們雄心勃勃的計(jì)劃需要新的和改進(jìn)的通信、導(dǎo)航及著陸技術(shù)。

嫦娥4號(hào)著陸器和月球探測(cè)車可能很快成為首個(gè)達(dá)到月球背面的航天器。它最初是作為嫦娥3號(hào)任務(wù)的備份而設(shè)計(jì)的，嫦娥3號(hào)任務(wù)在2013年完成了中國(guó)的首次登月。在嫦娥3號(hào)成功降落在月球近側(cè)的熔巖場(chǎng)“雨海”（Mare Imbrium）之后，嫦娥4號(hào)航天器被改裝用于遠(yuǎn)側(cè)著陸。

值得注意的是，嫦娥3號(hào)月球探測(cè)車“玉兔”在月球上漫游了兩個(gè)月球日（按地球時(shí)間計(jì)算，即大約一個(gè)月）僅移動(dòng)了114米后，就永久失去了漫游能力。中國(guó)空間技術(shù)研究院副院長(zhǎng)李明在今年10月于德國(guó)舉行的國(guó)際宇航大會(huì)（International Astronautical Congress）上表示，這個(gè)問(wèn)題與很小的部件有關(guān)，但他并沒(méi)有透露技術(shù)細(xì)節(jié)。他補(bǔ)充說(shuō)，新的重達(dá)140公斤的嫦娥4號(hào)月球探測(cè)車應(yīng)該能被證明比“玉兔”更可靠，工作時(shí)間也應(yīng)比“玉兔”的設(shè)計(jì)壽命三個(gè)月更長(zhǎng)。

圖片來(lái)源：上圖，中國(guó)空間技術(shù)研究院；下圖，路透社。

遠(yuǎn)離家鄉(xiāng)：鵲橋衛(wèi)星（上圖中顯示為橙色的）沿著一個(gè)剛好經(jīng)過(guò)月球（灰色）上方的軌道（綠色）運(yùn)行。從那里，它可以將來(lái)自中國(guó)新月球車（下圖）的信息傳遞到地球。

嫦娥4號(hào)任務(wù)團(tuán)隊(duì)面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)是不能直接從地球上看到月球的遠(yuǎn)端。隨著時(shí)間的推移，地球的引力已經(jīng)減緩了月球的自轉(zhuǎn)速度，使月球的自轉(zhuǎn)周期與其繞地球公轉(zhuǎn)的周期相同，結(jié)果是月球的一側(cè)總是面向地球。不幸的是，由于無(wú)法清楚地看到月球的另一側(cè)，地球人很難通過(guò)放置在那里的探測(cè)車來(lái)發(fā)送和接收信號(hào)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，中國(guó)于今年5月份發(fā)射了一顆名為“鵲橋”的通信中繼衛(wèi)星，該衛(wèi)星越過(guò)月球，進(jìn)入名為利薩丘（Lissajous）的軌道。在這一軌道上，該衛(wèi)星將圍繞月球外約6萬(wàn)到8萬(wàn)公里處的一個(gè)點(diǎn)（也稱為地月第二拉格朗日點(diǎn)）旋轉(zhuǎn)。從那里，它將始終保持在月球的遠(yuǎn)側(cè)及地球的視線之內(nèi)。

如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，鵲橋?qū)⑹褂眠h(yuǎn)距離無(wú)線電波X波段與著陸器和探測(cè)車進(jìn)行通信，而后兩者將通過(guò)超高頻無(wú)線電相互通信。中國(guó)的地面站和鵲橋?qū)⑹褂肧波段來(lái)回發(fā)送數(shù)據(jù)。中國(guó)最近擴(kuò)大了其地面站的范圍，將阿根廷和納米比亞的地面站與在中國(guó)佳木斯和喀什的站點(diǎn)進(jìn)行了聯(lián)網(wǎng)，以便對(duì)航天器進(jìn)行遙測(cè)、跟蹤和指揮。

面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是這個(gè)重3780公斤的航天器要著陸的月球遠(yuǎn)側(cè)的地形與月球近側(cè)的有很大的不同。遠(yuǎn)側(cè)的月球表面崎嶇不平，平坦的月海（即黑色的玄武巖平原）很少，而近側(cè)的月球表面上月海很多。遠(yuǎn)側(cè)的月球表面高度變化更大，隕石坑覆蓋范圍更廣。所有這一切使得尋找大的、平坦的著陸點(diǎn)變得困難，這意味著候選著陸點(diǎn)的大幅減少，嫦娥3號(hào)有數(shù)百平方公里可用區(qū)域，而嫦娥4號(hào)只有數(shù)十平方公里可用區(qū)域。

由于這些限制，嫦娥4號(hào)將著陸區(qū)域瞄準(zhǔn)在南極—艾托肯盆地內(nèi)直徑180公里的馮·卡門隕石坑。該區(qū)域是太陽(yáng)系中最古老的撞擊盆地，科學(xué)家們對(duì)它非常感興趣，因?yàn)樗赡馨虑虻蒯５穆懵秴^(qū)域，并為地月系統(tǒng)的演變提供線索。負(fù)責(zé)研制著陸器上的低頻射電頻譜儀的首席研究員平勁松說(shuō)，對(duì)于著陸而言至關(guān)重要的是，馮·卡門隕石坑比南極—艾托肯盆地的任何其他地方都更平坦。

照片來(lái)源：路透社

探月任務(wù)：這張嫦娥3號(hào)著陸器的快照是由2013年伴隨它登上月球的探測(cè)車拍攝的。

嫦娥4號(hào)的制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制子系統(tǒng)（它將指導(dǎo)著陸器的運(yùn)動(dòng)、確定著陸器的位置并規(guī)劃著陸器的航線）所使用的算法已被修改，以防止起伏的遠(yuǎn)側(cè)地形對(duì)著陸器產(chǎn)生不利影響。

嫦娥4號(hào)航天器向月球表面降落的過(guò)程將分六個(gè)階段。前三個(gè)階段分別為初始減速、快速姿態(tài)和重新定位調(diào)整，以及接近，這三個(gè)階段將被遠(yuǎn)程控制。后三個(gè)階段分別為懸停、危險(xiǎn)規(guī)避和緩慢下降，將由著陸器自動(dòng)執(zhí)行。在降落過(guò)程中，航天器將飛行約450公里，但嫦娥3號(hào)降落所使用的斜前向軌線將被嫦娥4號(hào)更為垂直向下的軌線所取代。

著陸器和探測(cè)車也已經(jīng)適應(yīng)了它們?cè)谠虑虮砻娴男陆巧?。它們各自包含一個(gè)基于放射性同位素?zé)犭娛桨l(fā)電機(jī)的電源，使得它們可以測(cè)量土壤溫度（例如，在月球夜間當(dāng)月球表面溫度降至接近-180°C時(shí)也能測(cè)量）。隨著所有這些準(zhǔn)備工作的就緒，嫦娥4號(hào)終于準(zhǔn)備好在月球上開辟新天地，并與它在地球上的締造師們分享其發(fā)現(xiàn)。