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嫦娥四号探测器

嫦娥四号探测器,简称“四号星”,是嫦娥三号的备份星。它由着陆器与巡视器组成,巡视器命名为“玉兔二号”。作为世界首个在月球背面软着陆巡视探测的航天器,其主要任务是着陆月球表面,继续更深层次更加全面地科学探测月球地质、资源等方面的信息,完善月球的档案资料。

2020年5月17日3时25分,“嫦娥四号着陆器结束了寒冷且漫长的月夜休眠,受光照自主唤醒,迎来了第18月昼工作期。

2020年6月28日1时00分,嫦娥四号着陆器结束第十九月昼工作,进入月夜休眠。截至第十九月昼,“玉兔二号”月球车累计行驶里程463.26米。

任务筹备:

嫦娥三号发射成功前,嫦娥四号着陆器和月球车外观设计构型(10张)预计2015年由长征三号乙增强型运载火箭发射。发射成功后,曾计划不再发射嫦娥四号,作为嫦三的备份。2015年11月30日,国防科工局组织召开探月工程重大专项领导小组第十四次会议,审议通过嫦娥四号任务实施方案调整报告、研制总要求及后续总体研制计划。

2016年1月14日,国防科工局宣布,嫦娥四号模拟图(12张)嫦娥四号任务已经通过了探月工程重大专项领导小组审议通过,正式开始实施,任务将在2018年的6月发射中继星、在2018年年底发射着陆器和巡视器。同日,中科院探月总体部负责人介绍,相关专家学者现在用了一年半的时间进行了论证,准备把“嫦娥四号”降落在月球背面。而“嫦娥四号”的基本架构上是继承了嫦娥三号的着陆器和月球车变化,但科学载荷会有很大的变化,邹永廖也表示,进行月球地质学行星科学研究的人其实都知道,月球不同区域有不同特点和性质,只有更多充分的加以了解,对天体不同区域的认识才能够提高,从而更好的研究天体整体上的临床和演化。

2016年6月证实,着陆地——月背南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑(3张)嫦娥四号将登陆月球南极附近的艾特肯盆地。同月,在国家“十二五”科技创新成就展上,中国国家航天局探月与航天工程中心副主任刘彤杰透露,中国计划于2018年5月底或6月初将嫦娥四号的中继卫星发射至地月拉格朗日L2点的Halo轨道上,并在约半年后发射嫦娥四号的着陆器和巡视器,对月球背面南极艾特肯盆地开展着陆巡视探测。

2017年3月1日,全国政协委员、中国航天科技集团公司五院月球探测卫星总指挥兼总设计师顾问叶培建表示,中国探月第四期工程即将拉开帷幕 ,嫦娥四号和中国未来计划进行的月球南北极探测都属于探月第四期工程。同年12月,探月与航天工程中心宣布嫦娥四号任务计划于2018年执行两次发射:上半年发射嫦娥四号中继星,下半年发射嫦娥四号探测器。

任务进度

前期准备:

2018年3月9日,嫦娥四号正在开展着陆器和巡视器真空热试验前的总装工作。 [13]4月24日,嫦娥四号中继星命名为“鹊桥”。 [14]5月21日,嫦娥四号中继星“鹊桥”于西昌卫星发射中心由长征四号丙运载火箭发射升空。 [15]6月15日,嫦娥四号中继星“鹊桥”顺利进入距月球约6.5万公里的地月拉格朗日L2点的Halo使命轨道,成为世界首颗运行在地月L2点Halo使命轨道的卫星,可为嫦娥四号月球探测器提供地月中继测控通信。 [16]8月15日,中国国家国防科技工业局探月与航天工程中心,正式启动嫦娥四号任务月球车全球征名活动,并对外公布嫦娥四号月球探测器——着陆器和月球车外观设计构型。 [2]

发射奔月

2018年12月8日2时23分,长征三号乙改二型运载火箭发射嫦娥四号(20张)中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙改二型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。此次发射任务是长征系列运载火箭的第294次发射。 [17]12月9日16点42时,西安卫星测控中心下属佳木斯、喀什、青岛测控站对嫦娥四号月球探测器进行第二次中途修正,持续10秒。第一次、第三次中途修正因火箭入轨精度较高而取消。 [18]

近月制动

12月12日,嫦娥四号进入环月轨道示意图嫦娥四号探测器经过约110小时奔月飞行,到达月球附近。西安卫星测控中心佳木斯深空站于16时39分25秒发出指令,嫦娥四号在距月面129公里处成功实施7500N变推力发动机点火。356秒后,发动机正常关机,嫦娥四号探测器于16时45分顺利完成近月制动,成功进入100km×400km环月椭圆轨道。 [19-20]

环月降轨控制

12月30日4时55分,科技人员在北京航天飞行控制中心向嫦娥四号探测器注入调姿和变轨参数。8时54分,嫦娥四号探测器发动机成功点火,开始实施变轨控制。8时56分,地面测控站实时遥测数据监视判断,嫦娥四号探测器已由距月面平均高度约100公里的环月轨道,成功实施降轨控制,进入近月点高度约15公里、远月点高度约100公里的预定月球背面着陆准备轨道。自12月12日嫦娥四号探测器成功实施近月制动进入环月轨道以来,进行了2次环月轨道修正。 [21]

着陆月背

12月30日8时55分,嫦娥四号落月点(45.45657°S,177.58807°E)嫦娥四号探测器在环月轨道成功实施变轨控制,顺利进入预定的月球背面着陆准备轨道。 [22]2019年1月3日早上,嫦娥四号探测器从距离月面15公里处开始实施动力下降,探测器的速度从相对月球1.7公里每秒逐步下降。在6到8公里处,探测器进行快速姿态调整,不断接近月球;在距月面100米处开始悬停,对障碍物和坡度进行识别,并自主避障;选定相对平坦的区域后,开始缓速垂直下降。 [23]1月3日10时26分,月背影像图(3张)在反推发动机和着陆缓冲机构的“保驾护航”下,一吨多重的“嫦娥四号”探测器成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的预选着陆区(东经177.6度、南纬45.5度附近)。落月后,在地面控制下,通过“鹊桥”中继星的中继通信链路,嫦娥四号探测器进行了太阳翼和定向天线展开等多项工作,建立了定向天线高码速率链路。 [24]3日11时40分,着陆器获取了世界第一张近距离拍摄的月背影像图并传回地面。11时50分,太阳翼帆板展开。 [23][25-26]

巡视器着月

玉兔二号月球车(3张)1月3日,嫦娥四号月球车确定命名为“玉兔二号”。 [1]3日15时7分,工作人员在北京航天飞行控制中心通过“鹊桥”中继星向嫦娥四号发送指令,两器分离开始。22时22分,“玉兔二号”巡视器到达月面,着陆器与巡视器各自开始就位探测与巡视探测。 [24]

载荷开机工作

至2019年1月4日17时,嫦娥四号着陆器地形地貌相机环拍全景图(方位投影)着陆器上低频射电频谱仪的三根5米天线展开到位,德国的月表中子及辐射剂量探测仪开机测试,地形地貌相机拍摄的影像图陆续传回地面。巡视器与中继星成功建立独立数传链路,完成了环境感知、路径规划,按计划在月面行走到达A点,开展科学探测。测月雷达、全景相机已开机,工作正常。其它有效载荷陆续开机。1月5日,嫦娥四号迎来第一个月昼高温考验,巡视器进入“午休”模式,只保留部分分系统工作,移动等分系统则停止工作。 [27-28]1月10日0时,玉兔二号巡视器完成出月午设置,恢复工作。 [28]至2019年1月11日8时,嫦娥四号着陆器上配置的地形地貌相机完成了环拍,科研人员根据“鹊桥”中继星传回的数据,制作了清晰的环拍影像图。科研人员根据降落相机拍摄的影像图,完成了着陆点周围月面地形地貌的初步分析。 [28] 同时根据导航相机拍摄的着陆周围地形信息,对巡视器进行了路径规划。 [29]嫦娥四号着陆器地形地貌相机环拍全景图(圆柱投影)

两器互拍

1月11日下午,嫦娥四号两器互拍(8张)科研人员通过“鹊桥”中继星发送了拍照遥控指令。在“鹊桥”中继星支持下,巡视器全景相机对着陆器进行成像,着陆器地形地貌相机对巡视器成像。经过地面数据接收与处理,16时47分,地面成功接收清晰完好的互拍图像,北京航天飞行控制中心大屏幕上呈现出着陆器和巡视器的互拍影像图。图像清晰显示了着陆器和巡视器周围的月背地形地貌,两器上五星红旗分外醒目。嫦娥四号两器互拍顺利完成,地面接收图像清晰完好,中外科学载荷工作正常,探测数据有效下传,搭载科学实验项目顺利开展,达到工程既定目标,标志着嫦娥四号任务圆满成功。至此,中国探月工程取得“五战五捷” [29] ,中共中央、国务院、中央军委对探月工程嫦娥四号任务圆满成功致贺电。 [29]

生物实验

1月15日,生物实验(2张)嫦娥四号上搭载的生物科普试验载荷发布了最新试验照片,照片显示试验搭载的棉花种子已经长出了嫩芽,这也标志着嫦娥四号完成了人类在月面进行的首次生物实验。此次在月球上进行的生物科普试验选择了棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇六种生物作为样本,将它们的种子和虫卵带到月球上进行培育。最新传回的图片显示,棉花的嫩芽长势良好,这是在经历月球低重力、强辐射、高温差等严峻环境考验后,在月球上长出的第一株植物嫩芽,实现了人类首次月面的生物生长培育实验 [30] 。

科学探测

两器互拍结束以后,嫦娥四号任务转入科学探测阶段,着陆器和巡视器继续开展就位探测和月面巡视探测。 [29]2019年1月14日,在第一个月夜降临后,嫦娥四号着陆器和玉兔二号探测器陆续进入了休眠状态。 [31] 在第一个月夜休眠期间,着陆器上配置的同位素温差电池为月夜温度采集器供电,该采集器于测点位置成功监测第一月夜温度变化情况,月表温度在月夜期间最低达到-190℃,这是我国探月工程首次获取月夜温度探测数据。 [32]2019年1月29日20时,玉兔二号”巡视器完成自主唤醒。1月30日20时39分,嫦娥四号着陆器接受光照自主唤醒。两器在月球背面成功经受极低温环境考验,根据太阳高度角变化择机自主退出“月夜休眠模式”,设备按预定程序相继通电开机。 [32]2019年5月16日,根据《自然》发表的论文,嫦娥四号着陆月球背面后所得的测量结果显示,着陆点存在来自月球地幔的物质。 [33] 同日,中国科学院国家天文台宣布,利用嫦娥四号探测数据,证明了月球背面南极-艾特肯盆地存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质,国际学术期刊《自然》(Nature)在线发布了这一重大发现。 [34]2019年9月25日,国际科学期刊《自然·通讯》(Nature Communications)在线发布我国月球探测领域的一项重要成果。中国科学院国家天文台李春来研究员领导的科研团队利用嫦娥四号数据精确定位了嫦娥四号(CE-4)的着陆位置,并再现了嫦娥四号的落月过程。 [35]

月夜休眠

2019年2月11日19时、19时30分,嫦娥四号着陆器、玉兔二号月球车进入第二个月夜休眠模式。 [36] 玉兔二号预计于2月28日唤醒,着陆器预计于3月1日唤醒,继续开展科学探测活动。 [36]在上一个月昼中,嫦娥四号着陆器和玉兔二号巡视器工作稳定,红外成像光谱仪、中性原子探测仪等科学载荷顺利开展科学探测活动,玉兔二号于2019年2月11日2时22分移动至LEO0210点,在月面累计行驶120米左右。 [36]

2019年3月30日18时14分,嫦娥四号着陆器正常唤醒,中继前返向链路建立正常,平台工况正常。 [37]

2019年4月29日7时40分,嫦娥四号着陆器正常唤醒,中继前返向链路建立正常,平台工况正常。嫦娥四号着陆器将协同玉兔二号月球车开展第五月昼工作,继续实施科学探测任务。 [38]

2019年6月9日22时,嫦娥四号着陆器完成月夜设置,进入第六月夜休眠期。 [39]

2019年7月9日9时,嫦娥四号着陆器完成第七月昼工作,进入月夜休眠。在第七月昼,嫦娥四号着陆器上月球中子及辐射剂量探测仪、低频射电谱仪按计划开机工作,开展科学探测任务。 [40]

2019年9月0日,嫦娥四号着陆器和“玉兔二号”巡视器已经顺利完成第九月昼科学探测工作,分别于9月06日5时50分和4时12分,按计划进入第九个月夜休眠期。月夜期间,着陆器和巡视器处于关机休眠状态,地面科研团队对各科学载荷获取的第一手探测数据进行处理,进一步开展科学研究。 [41]

2019年9月23日20时26分,嫦娥四号探测器受光照成功自主“唤醒”,进入第十个月昼工作期。 [42]

2019年10月23日 唤醒2019年10月5日,嫦娥四号探测器进入第十月夜休眠,顺利完成第十月昼的科学探测工作。第十月昼工作期间,着陆器工况正常,能量平衡,有效载荷按计划开展有效探测工作,地面接收科学探测数据正常。 [43]

2019年10月23日5时11分,嫦娥四号着陆器正常唤醒,进入第十一月昼工作期。平台工况正常,能量平衡,地面各测控站和中心数据接收及处理正常。搭载月表中子及辐射剂量探测仪、低频射电频谱仪等科学载荷将陆续开机,继续进行科学探测工作。 [44]

2019年11月4日凌晨,“嫦娥四号”着陆器完成第十一月昼既定工作后,顺利进入第十一个月夜休眠期。在此次月夜期间,科学家除了要对第十一月昼获取的科学探测数据进行处理分析之外,还将根据已获取的巡视器周围的地形地貌环境数据,制定下个月昼的科学探测目标及规划后续巡视路线,多方位、多角度、多领域获取月球背面科学数据。 [45]

2019年11月21日,嫦娥四号着陆器结束寒冷漫长的月夜休眠期,受光照成功自主唤醒,恢复月面工作,进入第十二个月昼工作期。

2019年12月4日4时,在完成月球的第十二月昼的工作后,嫦娥四号着陆器完成月夜设置,进入休眠状态。 [46]

2019年12月21日5时14分,嫦娥四号着陆器受光照成功自主唤醒,进入第十三月昼工作期,按计划继续对月表线性能量转移谱、综合粒子辐射剂量及月表低频射电特征开展有效探测工作。 [47]

2020年1月18日22时,嫦娥四号着陆器受光照成功自主唤醒,进入第十四月昼。 [48]

2020年2月18日6时57分,嫦娥四号探测器又一次通过14天极低温考验,结束月夜“休眠”,受光照成功自主唤醒,进入第十五月昼工作期。  [49-50]

2020年3月2日4时,嫦娥四号着陆器完成月夜设置,进入第十五月夜休眠期。本次月昼期间,着陆器工况正常,有效载荷月表中子及辐射剂量探测仪、低频射电频谱仪按计划开机工作,地面接收科学探测数据正常。 [51]

2020年3月31日17时30分,嫦娥四号着陆器顺利完成第十六月昼科学探测工作,完成月夜设置,进入到第十六月夜休眠期。 [52]

2020年5月17日3时25分,“嫦娥四号着陆器结束了寒冷且漫长的月夜休眠,受光照自主唤醒,迎来了第18月昼工作期。 [4]

2020年6月15日,嫦娥四号着陆器和“玉兔二号”月球车分别于13时49分和0时54分,结束了寒冷且漫长的月夜休眠,受光照自主唤醒,进入第十九月昼工作期。截至目前,嫦娥四号已在月背度过了529个地球日。 [53]

2020年6月28日1时00分,嫦娥四号着陆器结束第十九月昼工作,按地面指令完成月夜模式设置,进入月夜休眠。 [5]

月背工作

2019年1月3日,嫦娥四号在冯·卡门陨石坑(Von Kármán crater)着陆,并部署了玉兔二号月球车对南极-艾托肯盆地进行探测。中国科学院的李春来及其同事发布了玉兔二号可视-近红外成像光谱仪(Visible–Near Infrared Spectrometer)的初始观测结果。发现他们所获的光谱数据和典型的月球表面物质的光谱数据存在差异,并据此推断月球表面存在的低钙辉石和橄榄石矿物可能来自月球的上地幔。 [33]

2019年1月3日,嫦娥四号探测器在月球背面最古老且最大的南极–艾特肯(South Pole–Aitken)盆地内的冯卡门(Von Kármán)撞击坑底部成功着陆。冯卡门撞击坑形成于前酒海纪,中心位置为44.45°S, 176.3°E,直径约为186千米。坑内地形相对平坦,坑底被玄武岩填充,玄武岩表面相当一部分区域被周边大型撞击坑的溅射物所覆盖,并广泛分布着二次撞击坑。 [54]2019年11月21日,嫦娥四号在月球背面工作时长已突破300天,达到322天。 [55] 截至第十九月昼,“玉兔二号”月球车累计行驶里程463.26米。

社会影响

2018年12月20日,嫦娥四号当选为2018年度科技类十大流行语。

2019年3月20日,嫦娥四号探月工程团队获“2018-2019影响世界华人盛典”。

图片

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