嫦娥四号凌晨升空奔向月球背面
来源:文汇报 作者:张晓鸣 时间:2018-12-08 点击:
将实现人类首次月背软着陆、首次地月L2点中继星对地对月测控
制图：冯晓瑜资料来源：新华社视觉中国
今天凌晨2时23分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器，开启了月球探测的新旅程。
中国航天科技集团上海航天嫦娥四号副总指挥兼副总设计师张玉花介绍，嫦娥四号是我国探月工程二期嫦娥三号的备份星，结合任务特点，对部分产品和性能进行了改进。探测器将在月球背面选定区域实施软着陆，实现人类首次月背软着陆和巡视勘察，实现首次地月L2点中继星对地对月的测控、数传中继，并开展低频射电天文观测与研究、着陆区地质特征探测与研究等。其中，上海航天承担了嫦娥四号着陆器、巡视器五个半分系统的研制任务。此次发射任务是长征系列运载火箭的第294次发射。
七种工作模式应对
嫦娥四号首选着陆区为月球南极-艾特肯盆地。
“与嫦娥三号的虹湾着陆区相比，艾特肯盆地的地形比较崎岖，撞击坑大而且分布密集，这就对探测器着陆区的选择和着陆精度提出了很高的要求。”张玉花告诉记者，由于着陆区在月球背面，使得着陆器和巡视器无法同地球直接通信，必须用中继星中继的方式；同时在动力下降过程中，着陆器也不能对地直接通信，只能通过中继星进行上下行操作，这些都是此次任务的难点。
巡视器还要面对月球表面昼夜温差变化大、低重力环境以及细小微尘的污染等问题。 在整个任务过程中，设计团队为巡视器定义了感知、移动、探测、充电、安全、月昼转月夜、休眠、月夜转月昼七种工作模式，以适应不同工作状态的要求。
多器联动，搭好星际沟通桥梁
月球的一面永远对着地球，而另一面永远背对着地球。嫦娥四号探测器降落点由月球正面改为了月球背面，使得探测器与地球的直接通讯信号受到月球遮挡，必须通过中继星进行信号中转。
今年5月21日，上海航天研制的长征四号丙运载火箭成功将“鹊桥”中继星送入地月转移轨道。“鹊桥”携带了一副展开后口径达近5米的伞状天线。在人类上天的深空探测器上，还没有这么大口径的通信天线。除了这副最大天线外，研制人员还给它配备了多副小一些的天线。通过这些天线，不仅可以将地面的测控指令说给巡视器听，还可以听清楚巡视器都说了些啥。
但是，随之带来的是地球与巡视器间的通信时延大大增长。此次从指令发出到行动图像传回至少有数分钟的延迟，对巡视器的移动和机构活动有较明显的影响。为此，设计人员计算并设定了巡视器每项行动的最大耗时，连同每次行动指令一同发送，同时赋予巡视器一定自主功能，以便有效应对可能的突发状况。
与嫦娥三号巡视器相比，嫦娥四号巡视器测控数传分系统不仅要承担与着陆器的数据通信功能，还要与中继星进行遥测和数据传输。“测控数传分系统有五种工作模式，我们在设计中充分考虑了冗余设计，使得各设备形成热备份。大大提高了系统的可靠性。”804所测控分系统主任设计师汪莹介绍。
分类破解，破解备份贮存难题
备份是嫦娥四号原本的使命，奔向月球背面则是它新的担当。此刻，风尘仆仆奔向月球的嫦娥四号绝不是嫦娥三号的复制品。研制人员根据任务的需要，对嫦娥四号重新进行“梳妆打扮”。
其中，产品贮存时间长，是团队在研制嫦娥四号时没法绕开的问题。研制团队将电源分系统等产品经过验证后使用，而移动机构、桅杆机构、太阳翼基板等产品几乎与嫦娥三号同步生产，到嫦娥四号计划发射的2018年，已经整整过去五年，超出了原有贮存期。
到底是沿用原来的产品，还是重新投产，团队决定用数据说话。
由于，先前并没有基板复合材料地面贮存这么长时间的先例，如何验证，一开始就让大家一头雾水，但团队集思广益、头脑风暴，从贮存环境、机理分析、同状态类似地面贮存产品试验验证、其他型号技术调研等方面着手，结合嫦娥四号本身产品的热试验、力学试验、展开试验等性能测试、验证，确认已投产的嫦娥四号太阳翼基板经过地面贮存五年，其性能能够满足嫦娥四号任务需要，可以直接沿用。
最终，按照机构产品重新研制确保产品性能可靠；结构产品经复测性能符合要求继续使用并按要求进行环境试验的方式，最大程度的兼顾了研制进度和产品质量。
（责编：日升）
