嫦娥四号飞行约40万公里后，用时约690秒平稳着陆
翩然落月背 再赴广寒约
这一刻，注定要在人类的太空探索史上留下浓墨重彩的一笔。3日，飞行约40万公里之后，嫦娥四号探测器成功降落于月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区，实现了人类探测器首次月球背面软着陆和首次月背与地球的中继通信，开启了月球探测的新篇章。
“嫦娥四号原来是嫦娥三号的备份星，三号成功后备份转正份，那么第二次着陆要选择哪里？我们认为应该赋予四号更强的生命力和更多功能。从上世纪50年代开始，发射到月球的探测器和轨道器已经有100多个，但都是对月球正面的探测，至今没有任何一个月球探测器能够实现在月球背面软着陆。因此，经过反复论证，最终确定了嫦娥四号月球背面软着陆和巡视探测的总体方案。”中国探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁解释了嫦娥四号任务的由来。
中国航天科技集团五院嫦娥四号探测器系统总设计师孙泽洲说，嫦娥四号任务实际上是“两器一星”，包括了着陆器、巡视器和“鹊桥”中继星，其中先期发射的中继星就是为了实现对地、对月的中继通信，而巡视器更多地被人们称为“月球车”。
月背任务克三难
由于月球绕地球公转的周期与月球自转的周期相同，所以月球总有一面背对着地球，这一面被称为月球背面。正因为背对地球，要在月球背面实现软着陆，探测器与地球的测控通信和数据传输成为首先要解决的难题。此外，月球背面并不像正面那样平坦，着陆区的选择及精准着陆也是难题。
在两位总设计师看来，嫦娥四号任务的技术难点主要体现在3个方面。
首先是地月L2点轨道的精确设计与控制，要使中继星稳定运行在L2点的轨道上。
其次是地月L2点远距离的数据中继。“选择L2点有很多好处，但也有不足之处，那就是距离月球7.9万公里、距离地球4万公里，遥远的距离让信号衰减的问题更棘手。地月之间通信、探测器的状态控制等，都要靠中继星来保障，还要考虑到通信时间、测控时间的延迟，因此，中继星的精准可靠至关重要。”孙泽洲解释说。
第三是复杂地形的安全着陆。吴伟仁打了个比方：“月球正面就相当于我国的大平原，地势平坦；但背面就有点像我国的西南山区，到处都是高山和撞击坑，月背可供选择的着陆区范围只有正面的1/8。嫦娥三号着陆时可供选择的区域范围长约300公里、宽约90公里，而嫦娥四号只能在有限的相对大的撞击坑里寻找相对平坦的位置作为着陆区，选择范围长宽各十几公里。此外，嫦娥三号当时是斜着降落的，嫦娥四号如果也是斜着下来就要撞山了。在复杂的地形下，嫦娥四号要近乎垂直降落，着陆时间短、航程短，风险确实比较大。”
精准落月有妙招
孙泽洲介绍，此次嫦娥四号的落月可以说是“正中靶心”，嫦娥四号全自主动力下降，通过惯性导航及与月面相对测量导航，按照既定制导率实现月球背面软着陆。
与嫦娥三号相似，嫦娥四号探测器也经历了点火准备、主减速段、快速调整段、接近段、悬停段、避障段以及缓速下降段等动力下降过程，实现从距离月面15公里高度安全下降至月球表面的软着陆。全过程用时约690秒。不同之处在于，嫦娥四号在15公里到8公里高度为倾斜下降，8公里之后就改为垂直向下，引入相对于月面的测量导航。孙泽洲解释：“这样就可以克服着陆区周边地形起伏的问题。”
为了增加着陆的安全性，嫦娥四号探测器会通过接力避障的方式。下降至2公里左右，探测器会做一次光学的初避障，主要识别大障碍。下降至100米左右，探测器会做一个悬停，利用激光敏感器实现精避障，识别0.2米障碍、坡度等，通过地形的最优识别方法找到安全区域降落。嫦娥四号的自主能力有很大提升，“如果找不到安全区域，嫦娥四号会选择相对次优的区域，还可以做水平机动调整。”
着陆地点费思量
嫦娥四号的首选着陆地点，是位于月球背面南极—艾特肯盆地中部的冯·卡门撞击坑。为什么选择这里？
孙泽洲解释说，月面不同纬度所面临的热控和能源设计是相互约束、相对矛盾的。如果降落到低纬度地区，光照条件好、能源获得充足，但对于热控是巨大的挑战；如果降落在高纬度地区，热控压力大大减少，但太阳能获取又受到影响。综合考虑多种因素，嫦娥三号按照中高纬度降落来进行设计，嫦娥四号在月球背面着陆的纬度也确定在40度—50度的范围内。
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