上回说到，鹊桥中继星这个地面与月球背面之间的信使已经准备就绪。现在，它的服务对象--嫦娥四号和玉兔二号也要来了。 这次的航行可不那么顺利哦，可以说刚出发没多久就出现了紧急情况。还好最终专家们还是把问题给解决了。而且从最后的结果看，连他们也感到很意外。 好了，话不多说，咱们这就开始！ 第六篇 终临月背 2018年12月8日2时23分，长征三号乙火箭载着嫦娥四号从西昌卫星发射中心发射升空。 起初比较顺利，但到发射当天上午9时，也就是发射约7个小时后，正当飞行控制专家审议第一次中途修正策略，会场突然接到报告，探测器燃料意外泄漏，初步计算燃料损失的量已经远超过推进剂设计余量。这也就是说，如果仍然按照之前反复论证和演练的轨道控制方案，嫦娥四号将无法安全降落，这样整个任务也将以失败告终。 此时现场一名专家提出，如果把每个阶段的预留余量都拿出来，还差将近10千克燃料，建议从动力下降的燃料当中抠出10千克来补充。然而，飞行控制中心主任、嫦娥四号任务测控通信系统总指挥坚决反对。动力下降关系到探测器落月时的安全，所以这一阶段的燃料一丁点也不能抠，并提出应该让专家组重新设计一个更安全的控制方案。 在之后的几天里，轨道专家组通宵达旦地连续奋战，一边对方案进行反复推敲及改进优化，持续减少控制量，一边用计算软件分析验证，终于交付了一套精确而又成熟的轨道重构设计方案，并顺利通过了评审。 由于燃料泄漏，原定地月转移轨道7500牛大推力发动机开机进行推力标定的计划被迫取消。而无法进行在轨推力标定，发动机推力评估不准将有可能造成撞月的风险。为避免出现这样的问题，新的控制方案对近月制动轨道控制目标做了调整。先把嫦娥四号控制到近月点100千米、远月点430千米的目标轨道，以确保在考虑主发动机推力偏差较大的情况下不会撞月。在后续环月修正时，再将探测器控制到100千米的环月近圆轨道。这样的策略不但能解决主发动机制动的安全性问题，还能检验发动机的工作状态。 然而，专家组又提出一个新的一问：探测器一共有4个燃料储箱，氧化剂贮箱和燃烧剂储箱各两个，分布于探测器两侧。现在一侧的燃烧剂出现泄漏，探测器重心偏移，一边重一边轻了。这样会产生较大的干扰力矩，影响落月的安全性。 经反复研究后，决定在两次环月轨道修正时采用单个氧化剂贮箱和单个燃烧剂储箱供给的方案。同时，为了保证两个氧化剂贮箱消耗的一致性，对第一次环月轨道修正的轨道目标又做了调整，氛围两步。先将嫦娥四号的轨道从近月点100千米、远月点430千米调整到一个近月点100千米、远月点260千米的椭圆轨道，在第二次环月修正时再调整到100千米的近圆轨道，而且每次都使用单侧储箱工作消耗较多的一侧，从而达到重心调整的目的。 根据飞行控制中心制定的轨道修正方案，嫦娥四号将于第二次环月轨道修正8天后到达冯·卡门撞击坑的预定区域。而实际上，嫦娥四号自发射起，历经25天的长途跋涉，虽然中途一波三折，但最终在飞行控制中心的精准控制之下，到达冯·卡门撞击坑上空预定动力下降点时与计划时间只相差了19秒，可谓非常准时了。而且直到实施动力下降时，嫦娥四号竟还有近3千克的推进剂结余。对此，他们也感到很惊讶，没想到最终结果能这么好。看来除了“驾驶技术”，科学家们精打细算、节省燃料的技术也非常了得。 根据既定方案，嫦娥四号要从距离月面15千米处开始动力下降。因此，飞行控制中心需要先对其进行环月降轨控制，将探测器从100千米的圆轨道调整为近月点15千米、远月点100千米的椭圆轨道。 实施降轨控制前，轨道专家们经反复测算发现，按照当前的飞行状态，嫦娥四号虽然可以准确进入动力下降的起始点，但时间上会比预定晚50秒。虽然满足不超过1分钟的误差约定，其完全在可控范围内。但专家们综合考量了后续可能产生的控制误差，决定进一步修正这个时间偏差。 在12月30日8时53分，嫦娥四号发动机点火，实施15千米环月降轨控制。而根据最新的轨道参数推算，嫦娥四号进入动力下降起始点的时间偏差不会超过20秒。 2019年1月3日凌晨4时左右，距离嫦娥四号实施动力下降只剩6小时，这时却出现了新的情况。根据最新结果，发现预定着陆点附近的地形不利于探测器降落，需要将落点位置向南调整1.7千米。而据嫦娥四号的运行轨道，只能通过调整动力下降的时刻来解决。专家组立即展开分析、调整参数、输入模型...不到10分钟就拟出了一个将动力下降时刻推迟1秒以实现落点向南调整1.7千米的方案。最终该方案经复核后通过。上午10时15分，飞行控制中心发出动力下降的指令，并通过鹊桥中继星传给了嫦娥四号。 此时，嫦娥四号在距离月背表面15千米的近月点以每秒大约1.7千米的速度绕月飞行。在发动机反推作用下，其相对月球的速度逐渐下降。大约5分钟后，探测器搭载的降落相机开机，图像传回地面，此时月背的土地已近在咫尺。 10时26分，嫦娥四号降落在月背的冯·卡门撞击坑内，中国成为世界上第一个成功实现月球背面软着陆的国家。经飞行控制中心精确计算，中国首次获得嫦娥四号降落点的坐标为东经177.57度、南纬45.46度，这也是人类首次到达月背的精确坐标。 探测器着陆时姿态非常理想，可以安排让“小兔子”下来了。嫦娥四号是南向着陆的，玉兔二号就要从嫦娥四号的南边下来。不过下来之前，总得先观察下周边的情况吧。原计划是玉兔二号只对离开嫦娥四号的一侧进行两次成像，每次成像的俯仰角度不同，分别看近处和稍远处，北侧就不看了。 专家给出的理由是：看南侧主要是给玉兔二号驶离嫦娥四号做策略选择。如果要360度环拍两圈，必然会导致成像和下传耗时增加而推迟“两器分离”的时间。此时在着陆点附近正是中午，要是时间耽搁久了，玉兔二号就可能因为散热不及时而发生故障。 但是如果不观察嫦娥四号北侧，就无法全面掌握周边地形。要是玉兔二号走下来之后按照错误的方向环绕嫦娥四号，将会严重影响下午行驶至其北侧而完成“两器互拍”的任务。 经与探测器系统专家分析研究，提出调整导航相机俯仰角度进行环拍一圈的策略。既不增加耗时，又可以把周边全给看个清楚。 从最终的成像结果看，嫦娥四号南面东侧只有一个已经退化的撞击坑，地形条件可能比西侧更好。要是只看南边的结果，专家们很有可能会直接选择走东侧。但是从嫦娥三号北边看，东侧后续将无路可走。大家都惊出了一身冷汗，要是只拍一边，那就等着掉坑里吧。 就在飞行控制中心还在对该区域的地形进行分析时，突然发现玉兔二号在太阳翼展开以及桅杆移动的时候信号都会产生波动，影响其发送信息和接收指令。由于整个过程都未发现天线遮挡，因此专家们怀疑是嫦娥四号桅杆和定向天线反射了中继星的电磁波，由相位相反的反射信号抵消了部分直射信号的功率，导致接收信号减弱。地面于是决定收拢桅杆，终于安全驶下嫦娥四号。 “小兔子”下来之后，该往哪里走呢？纪要尽快离开嫦娥四号的阴影区，又不能出现行走安全问题。是直行、左转还是右转？科学家们进一步分析，结合所获取的嫦娥四号南边的地形信息，只有直行才不会立马碰到障碍，但是前面不远处又有个大坑。地面于是先让玉兔二号自主直行一段，随即由人工接管，避开大坑，小心翼翼地行驶到指定的位置完成了“两器互拍”。 玉兔二号来到月背的第一个月昼（2019年1月3日至13日），除了与嫦娥四号完成了“两器互拍”，还成功实施了首次科学探测。嫦娥四号也没闲着，除了完成一些科学探测，还以环拍的方式获得了一张月面全景图。甚至还中了一把棉花，并在月夜测量到了月背最低温度。 1月14日，嫦娥四号着陆器和玉兔二号月球车都陆续进入了月夜休眠状态。在经历第一个月夜后，1月29日20时，玉兔二号月球车自主唤醒，嫦娥四号也于次日成功唤醒，一切设备状况正常。国家航天局表示着陆器、月球车、中继星状态良好，达到既定工程目标。工程任务圆满成功后，嫦娥四号探测器将转入科学探测阶段。 2019年2月15日，国际天文学联合会正是将嫦娥四号着陆点周围3个呈三角形排列的撞击坑分别命名为织女、河鼓和天津。 织女大家都比较熟悉，那牛郎哪里去了呢？这个天津该不会是北京旁边那个天津吧？ 其实，这是我国古代对组成夏季大三角的三科星所起的名字，分别叫做织女星、河鼓二、天津四。 我国古人将天上一颗或多颗恒星氛围一组，并将其连接起来，通过想象并配以名称，成为一个一个的星官。织女、河鼓、天津都是星官名，后面再加一个序号表示它是这个星官的第几颗星，算是个编号吧。织女这个星官由于只有一颗星，就没有编号了，直接叫织女星。其中河鼓二就是牛郎星，它旁边的河鼓一和河鼓三则象征他和织女的两个孩子。 另外，嫦娥四号着陆区也被命名为“天河基地”。“天河”是我国古人对银河的别称，越秀旁边的那个天河不要想多了哈。这个跟牛郎织女的传说倒是对上了。再加上“鹊桥”这个中继星，可谓配套齐全。 对了，还记得之前曾经提到过的冯·卡门撞击坑的那个中央峰吗？现在它也有了一个名字--泰山，这可是国际天文学联合会首次批准月球上山类实体的命名哦。 本篇的内容就到这里。下一篇，下一篇主角会是谁呢？各位可以猜猜看哈。 本楼来自：智慧人生开发板