成果简介

　　2019年1月3日10时26分，我国“嫦娥四号”探测器自主着陆在月球背面——冯·卡门撞击坑内，在人类历史上首次实现了航天器在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，首次进行超地月距离的激光测距技术试验，首次开展国际合作载荷搭载和联合探测。“嫦娥四号”探测器创造了在月背工作最长时间纪录，获取了大量月球的科研探测数据，为人类了解月球提供了更为丰富的资料。

历史背景

　　由于月球自转周期和公转周期相等，又被地球潮汐锁定，地球强大的引力使月球总是一面朝向地球，一面背向地球，月球的背面就成了人类一直魂牵梦萦的地方。

　　2019年4月，以色列首个探月任务——创世纪号在成功绕月之后，于动力下降阶段不幸着陆失败，坠毁在月球表面。同年9月，印度首个月球着陆器——月船二号着陆器在动力下降至距离月表2.1公里后失去联系，最终软着陆失败，也坠毁在月球表面。从环绕到着陆，这“再靠近一点点”的十几或者几十公里距离里，无数探测器折戟于此。

创新历程

【增加修正轨道，调整动力下降控制策略】
　　因为在地球方向不能直接看到“嫦娥四号”落月过程，整个过程必须依靠探测器自主操控，而且回传画面会有延迟，所以对地面人员来说，落月过程几乎就是一个“盲降”过程。“嫦娥四号”的计划着陆区虽然是位于相对平坦的冯·卡门撞击坑内部，但冯·卡门撞击坑整体是位于月球背面崎岖的南极——艾特肯盆地内部的，整个降落航迹下的地形起伏高达6公里。这意味着“嫦娥四号”可选择的着陆范围更小，而且它必须落得非常准——一旦偏了一点，就可能落不进平坦的预定着陆区，而是撞上崎岖的高山低谷了。

　　为进一步减少着陆位置的不确定性，研发人员设计“嫦娥四号”时考虑在环月阶段增加修正轨道，并在动力下降控制策略上进行了一定调整。“在进行试验的时候，也考虑了很多因素，比如说着陆器降落的地方最大能倾斜到多少度？如果是像张家界那样的地形，车在往下走的时候，是顺着两个梯子，这两个梯子一定是平行的吗？如果梯子之间形成异面角度，角度最大又能是多少？”设计师贾阳说道。“团队成员做了几千种可能情况分析，穷尽了各种极端情况，对算出的可能情况又增加难度做了实验。”

【地面与“嫦娥四号”间通信的桥梁——“鹊桥”中继星】
　　“嫦娥四号”探测器之所以能够实现精准着陆，还有最关键的一点就是中继星——“鹊桥”的提前发射，它为地面与“嫦娥四号”探测器之间搭建起了一座通信的桥梁。

　　中国航天科技集团五院中继星“鹊桥”主任设计师孙骥说：“‘鹊桥’虽然不是主角，却是重要的组成部分，其使命就是为月球背面的着陆器和巡视器提供通信服务，这就相当于把一个地面站搬到了天上。”“鹊桥”总设计师张立华说：“这个中继星个头不大，整星重量只有400多公斤，但它要一端连着远到8万公里的探测器，另一端连着40多万公里外的地球，这个距离太远了，所以通信天线的口径必须要足够大。”如果是在地面上，这很容易实现，但由于火箭空间限制，上星的天线要面临很多难题。

　　考虑到诸多因素，研发团队经过多番设计试验，最终选择了伞状天线的新方案。这样发射时天线可以收拢到最小，入轨后再展开，但这样的天线加工装配过程却非常复杂。因为天线上有几千个绳系控制点，为确保展开后符合型面精度要求，必须一个点一个点地通过手工调整到位。“伞天线研制和卫星测试的工作强度和压力巨大，时间上又比较紧张，团队的科研人员经常连续几个月加班加点，最紧张时连轴转，没有周末和节假日。”张立华说。

　　“鹊桥”最终于2018年5月21日从西昌卫星发射中心升空。除了为“嫦娥四号”任务提供中继服务，“鹊桥”还可开展科学与技术实验。其上搭载了荷兰与中国科学家联合研制的低频射电探测仪，可“聆听”来自宇宙深处的“声音”。此外，还搭载了中山大学研制的激光角反射镜，开展远距离激光测距试验，为未来的应用奠定技术基础。中国科学院院士、空间科学首席科学家叶培建也表示，如果外国航天器想去月球背面探测，也可以通过这颗中继星获得帮助，这是中国对世界的贡献。

重大意义和深远影响

　　“嫦娥四号”任务的立项实施是党中央对发展航天事业、建设航天强国作出的重大决策，是落实习近平总书记“推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展”指示精神的具体行动，是备受世界瞩目的中国航天重大工程，是航天领域开放合作的示范工程，是月球探测领域承上启下的标志性工程，具有重大政治意义和现实意义。它为国际“探月旅程”提供了中国方案、中国智慧，在全人类的探月史上留下了浓墨重彩的一笔。