嫦娥四號探測器

嫦娥四號探測器

嫦娥四號登月探測器,簡稱“四號星”,是嫦娥三號的備份星。其主要任務是著陸月球表面,繼續更深層次更加全面地科學探測月球地質、資源等方面的信息,完善月球的檔案資料。嫦娥四號是世界首顆在月球背面軟著陸和巡視探測的太空飛行器,於2018年5月21日發射嫦娥四號中繼星“鵲橋”,計畫於2018年12月8日於西昌衛星發射中心發射嫦娥四號探測器。2018年8月15日,中國國家國防科技工業局探月與航天工程中心,正式啟動嫦娥四號任務月球車全球征名活動,並對外公布嫦娥四號月球探測器——著陸器和月球車外觀設計構型。2018年12月8日2時23分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射嫦娥四號探測器,開啟了月球探測的新旅程。2019年1月3日,嫦娥四號探測器在月球背面成功著陸。著陸器拍回了照片,玉兔二號月球車也下地,留下了一串腳印。2019年1月11日,嫦娥四號著陸器與玉兔二號巡視器完成兩器互拍,達到工程既定目標,標誌著嫦娥四號任務圓滿成功。2019年2月11日,嫦娥四號著陸器、玉兔二號月球車進入第二個月夜休眠模式。

基本信息

任務籌備

嫦娥四號著陸器和月球車外觀設計構型嫦娥四號著陸器和月球車外觀設計構型
嫦娥三號發射成功前,預計2015年由長征三號乙增強型運載火箭發射。

嫦娥三號發射成功後,曾計畫不再發射嫦娥四號,作為嫦三的備份。

2015年11月30日,國防科工局組織召開探月工程重大專項領導小組第十四次會議,審議通過嫦娥四號任務實施方案調整報告、研製總要求及後續總體研製計畫。

嫦娥四號模擬圖嫦娥四號模擬圖
2016年1月14日,國防科工局宣布,嫦娥四號任務已經通過了探月工程重大專項領導小組審議通過,正式開始實施,任務將在2018年的6月發射中繼星、在2018年年底發射著陸器和巡視器。

2016年1月14日,中科院探月總體部負責人介紹,相關專家學者現在用了一年半的時間進行了論證,準備把“嫦娥四號”降落在月球背面。而“嫦娥四號”的基本架構上是繼承了嫦娥三號的著陸器和月球車變化,但科學載荷會有很大的變化,鄒永廖也表示,進行月球地質學行星科學研究的人其實都知道,月球不同區域有不同特點和性質,只有更多充分的加以了解,對天體不同區域的認識才能夠提高,從而更好的研究天體整體上的臨床和演化。

著陸地——月背南極-艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑著陸地——月背南極-艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑
2016年6月證實,嫦娥四號將登入月球南極附近的艾特肯盆地。

2016年6月,在國家“十二五”科技創新成就展上,中國國家航天局探月與航天工程中心副主任劉彤傑透露,中國計畫於2018年5月底或6月初將嫦娥四號的中繼衛星發射至地月拉格朗日L2點的Halo軌道上,並在約半年後發射嫦娥四號的著陸器和巡視器,對月球背面南極艾特肯盆地開展著陸巡視探測。

2017年3月1日,全國政協委員、中國航天科技集團公司五院月球探測衛星總指揮兼總設計師顧問葉培建表示,中國探月第四期工程即將拉開帷幕,嫦娥四號和中國未來計畫進行的月球南北極探測都屬於探月第四期工程。

2017年12月,探月與航天工程中心宣布嫦娥四號任務計畫於2018年執行兩次發射:上半年發射嫦娥四號中繼星,下半年發射嫦娥四號探測器。

任務進度

前期準備

2018年3月9日,嫦娥四號正在開展著陸器和巡視器真空熱試驗前的總裝工作。

2018年4月24日,嫦娥四號中繼星命名為“鵲橋”。

2018年5月21日,嫦娥四號中繼星“鵲橋”於西昌衛星發射中心長征四號丙運載火箭發射升空。

2018年6月15日,嫦娥四號中繼星“鵲橋”順利進入距月球約6.5萬公里的地月拉格朗日L2點的Halo使命軌道,成為世界首顆運行在地月L2點Halo使命軌道的衛星,可為嫦娥四號月球探測器提供地月中繼測控通信。

2018年8月15日,中國國家國防科技工業局探月與航天工程中心,正式啟動嫦娥四號任務月球車全球征名活動,並對外公布嫦娥四號月球探測器——著陸器和月球車外觀設計構型。

發射奔月

長征三號乙改二型運載火箭發射嫦娥四號長征三號乙改二型運載火箭發射嫦娥四號
2018年12月8日2時23分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙改二型運載火箭成功發射嫦娥四號探測器,開啟了月球探測的新旅程。此次發射任務是長征系列運載火箭的第294次發射。

2018年12月9日16點42時,西安衛星測控中心下屬佳木斯、喀什、青島測控站對嫦娥四號月球探測器進行第二次中途修正,持續10秒。第一次、第三次中途修正因火箭入軌精度較高而取消。

近月制動

嫦娥四號進入環月軌道示意圖嫦娥四號進入環月軌道示意圖
2018年12月12日,嫦娥四號探測器經過約110小時奔月飛行,到達月球附近。西安衛星測控中心佳木斯深空站於16時39分25秒發出指令,嫦娥四號在距月面129公里處成功實施7500N變推力發動機點火。356秒後,發動機正常關機,嫦娥四號探測器於16時45分順利完成近月制動,成功進入100km×400km環月橢圓軌道。

環月降軌控制

2018年12月30日4時55分,科技人員在北京航天飛行控制中心向嫦娥四號探測器注入調姿和變軌參數。

2018年12月30日8時54分,嫦娥四號探測器發動機成功點火,開始實施變軌控制。

2018年12月30日8時56分,地面測控站實時遙測數據監視判斷,嫦娥四號探測器已由距月面平均高度約100公里的環月軌道,成功實施降軌控制,進入近月點高度約15公里、遠月點高度約100公里的預定月球背面著陸準備軌道。

自12月12日嫦娥四號探測器成功實施近月制動進入環月軌道以來,進行了2次環月軌道修正。

著陸月背

嫦娥四號落月點(45.45657°S,177.58807°E)嫦娥四號落月點(45.45657°S,177.58807°E)
2018年12月30日8時55分,嫦娥四號探測器在環月軌道成功實施變軌控制,順利進入預定的月球背面著陸準備軌道。

2019年1月3日早上,嫦娥四號探測器從距離月面15公里處開始實施動力下降,探測器的速度從相對月球1.7公里每秒逐步下降。在6到8公里處,探測器進行快速姿態調整,不斷接近月球;在距月面100米處開始懸停,對障礙物和坡度進行識別,並自主避障;選定相對平坦的區域後,開始緩速垂直下降。

月背影像圖月背影像圖
2019年1月3日10時26分,在反推發動機和著陸緩衝機構的“保駕護航”下,一噸多重的“嫦娥四號”探測器成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑的預選著陸區(東經177.6度、南緯45.5度附近)。

落月後,在地面控制下,通過“鵲橋”中繼星的中繼通信鏈路,嫦娥四號探測器進行了太陽翼和定向天線展開等多項工作,建立了定向天線高碼速率鏈路。

2019年1月3日11時40分,著陸器獲取了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖並傳回地面。

2019年1月3日11時50分,太陽翼帆板展開。

巡視器著月

玉兔二號月球車玉兔二號月球車
2019年1月3日,嫦娥四號月球車確定命名為“玉兔二號”。

2019年1月3日15時7分,工作人員在北京航天飛行控制中心通過“鵲橋”中繼星向嫦娥四號傳送指令,兩器分離開始。22時22分,“玉兔二號”巡視器到達月面,著陸器與巡視器各自開始就位探測與巡視探測。

載荷開機工作

嫦娥四號著陸器地形地貌相機環拍全景圖(方位投影)嫦娥四號著陸器地形地貌相機環拍全景圖(方位投影)
至2019年1月4日17時,著陸器上低頻射電頻譜儀的三根5米天線展開到位,德國的月表中子及輻射劑量探測儀開機測試,地形地貌相機拍攝的影像圖陸續傳回地面。

巡視器與中繼星成功建立獨立數傳鏈路,完成了環境感知、路徑規劃,按計畫在月面行走到達A點,開展科學探測。測月雷達、全景相機已開機,工作正常。其它有效載荷陸續開機。

2019年1月5日,嫦娥四號迎來第一個月晝高溫考驗,巡視器進入“午休”模式,只保留部分分系統工作,移動等分系統則停止工作。

2019年1月10日0時,玉兔二號巡視器完成出月午設定,恢復工作。

至2019年1月11日8時,嫦娥四號著陸器上配置的地形地貌相機完成了環拍,科研人員根據“鵲橋”中繼星傳回的數據,製作了清晰的環拍影像圖。科研人員根據降落相機拍攝的影像圖,完成了著陸點周圍月面地形地貌的初步分析。同時根據導航相機拍攝的著陸周圍地形信息,對巡視器進行了路徑規劃。

兩器互拍

嫦娥四號兩器互拍嫦娥四號兩器互拍
2019年1月11日下午,科研人員通過“鵲橋”中繼星傳送了拍照遙控指令。在“鵲橋”中繼星支持下,巡視器全景相機對著陸器進行成像,著陸器地形地貌相機對巡視器成像。

經過地面數據接收與處理,16時47分,地面成功接收清晰完好的互拍圖像,北京航天飛行控制中心大螢幕上呈現出著陸器和巡視器的互拍影像圖。圖像清晰顯示了著陸器和巡視器周圍的月背地形地貌,兩器上五星紅旗分外醒目。

嫦娥四號兩器互拍順利完成,地面接收圖像清晰完好,中外科學載荷工作正常,探測數據有效下傳,搭載科學實驗項目順利開展,達到工程既定目標,標誌著嫦娥四號任務圓滿成功。至此,中國探月工程取得“五戰五捷”,中共中央、國務院、中央軍委對探月工程嫦娥四號任務圓滿成功致賀電。

生物實驗

生物實驗生物實驗
2019年1月15日,嫦娥四號上搭載的生物科普試驗載荷發布了最新試驗照片,照片顯示試驗搭載的棉花種子已經長出了嫩芽,這也標誌著嫦娥四號完成了人類在月面進行的首次生物實驗。

此次在月球上進行的生物科普試驗選擇了棉花、油菜、土豆、擬南芥、酵母和果蠅六種生物作為樣本,將它們的種子和蟲卵帶到月球上進行培育。最新傳回的圖片顯示,棉花的嫩芽長勢良好,這是在經歷月球低重力、強輻射、高溫差等嚴峻環境考驗後,在月球上長出的第一株植物嫩芽,實現了人類首次月面的生物生長培育實驗。

科學探測

兩器互拍結束以後,嫦娥四號任務轉入科學探測階段,著陸器和巡視器繼續開展就位探測和月面巡視探測。

2019年1月14日,在第一個月夜降臨後,嫦娥四號著陸器和玉兔二號探測器陸續進入了休眠狀態。 在第一個月夜休眠期間,著陸器上配置的同位素溫差電池為月夜溫度採集器供電,該採集器於測點位置成功監測第一月夜溫度變化情況,月表溫度在月夜期間最低達到-190℃,這是我國探月工程首次獲取月夜溫度探測數據。

2019年1月29日20時,玉兔二號”巡視器完成自主喚醒。1月30日20時39分,嫦娥四號著陸器接受光照自主喚醒。兩器在月球背面成功經受極低溫環境考驗,根據太陽高度角變化擇機自主退出“月夜休眠模式”,設備按預定程式相繼通電開機。

月夜休眠

2019年2月11日19時、19時30分,嫦娥四號著陸器、玉兔二號月球車先後進入第二個月夜休眠模式。玉兔二號預計於2月28日喚醒,著陸器預計於3月1日喚醒,繼續開展科學探測活動。

在上一個月晝中,嫦娥四號著陸器和玉兔二號巡視器工作穩定,紅外成像光譜儀、中性原子探測儀等科學載荷順利開展科學探測活動,玉兔二號於2019年2月11日2時22分移動至LEO0210點,在月面累計行駛120米左右。

研製單位

探月工程重大專項由國防科工局牽頭組織實施。嫦娥四號任務由工程總體及探測器、運載火箭、發射場、測控、地面套用五大系統組成。其中,工程總體由國防科工局探月與航天工程中心承擔;中繼星、探測器、運載火箭分別由中國航天科技集團有限公司中國空間技術研究院、中國運載火箭技術研究院、上海航天技術研究院研製生產;發射和測控任務由中國衛星發射測控系統部負責;地面套用系統由中國科學院國家天文台承擔,有效載荷由中國科學院和中國航天科技集團有限公司相關單位研製。

主要任務

2011年中國的航天》白皮書表示,中國將選擇有限目標,分步開展深空探測活動。按照“繞、落、回”三步走的發展思路,繼續推進月球探測工程建設,發射月球軟著陸和月面巡視勘測器,實現在月球的軟著陸和巡視探測,完成月球探測第二步任務,並啟動實施以月面採樣返回為目標的月球探測第三步任務。

嫦娥四號將實現月球軟著陸和巡視探測任務並將選用長征三號乙運載火箭發射。在科學技術方面,二期工程將實現四個第一,要研製並發射中國第一個地外天體著陸探測器和巡視探測器,第一次利用“長征三號乙”運載火箭發射地月轉移軌道太空飛行器,第一次建立和使用深空測控網進行測控通信,第一次實現月球軟著陸、月面巡視、月夜生存等重大突破,開展月表地形地貌與地質構造、礦物組成和化學成分、月球內部結構、地月空間與月表環境等探測活動,建成基本配套的月球探測工程系統。

三大科學研究:①對月球背面的環境進行研究;②對月球背面的表面、淺深層、深層進行研究;③最大的特色是在月球背面不受太陽的影響,可以在月球背面和中繼星上分別裝上低頻射電探測儀,那是低頻射電探測的絕佳場所,這樣的頻段選擇也是世界首次。

嫦娥四號任務的工程目標,一是研製發射月球中繼通信衛星,實現國際首次地月拉格朗日L2點的測控及中繼通信;二是研製發射月球著陸器和巡視器,實現國際首次月球背面軟著陸和巡視探測。

嫦娥四號的科學任務主要是開展月球背面低頻射電天文觀測與研究;開展月球背面巡視區形貌、礦物組份及月表淺層結構探測與研究;試驗性開展月球背面中子輻射劑量、中性原子等月球環境探測研究。

任務特點

登入月球背面

登入月球背面登入月球背面
嫦娥四號其實是嫦娥三號的備份機,兩者設計得幾乎一模一樣。不過,嫦娥三號於2013年發射升空後,成功地將登月探測器降落在月球表面,並且釋放出玉兔月球車,進行月岩探測,圓滿完成了任務。所以嫦娥四號這個“替身”就得考慮再就業問題了,中科院和相關航天部門的專家,從2014年春天就開始謀劃讓這個同樣花費巨資,精心設計製造的探測器,發揮不同的作用,獲得更豐富的科研成果。

登入風險

火箭整流罩上的任務相關方LOGO火箭整流罩上的任務相關方LOGO
天文專家們強調,儘管有嫦娥一號到三號探月飛行器的成功經驗,嫦娥四號登入月球背面,仍然有很大風險。因為過去有許多月球太空船拍回照片,太空船在飛臨月球背面時,和地球之間的無線電通訊會暫時中斷,必須等到飛出軌道之後才能恢復通訊。美國在執行在阿波羅任務時,服務艙的主引擎必須在月球背面的時候重新點火,在太空船重新出現之前,地球控制中心都會為此而非常緊張。

嫦娥四號是無人探測器,風險自然小得多,但是如何給飛臨月球背面的飛行器發出指令,遙控它準確著陸在預定位置,並且順利接收傳回的圖像數據,還是個不小的技術挑戰。可是一旦成功登入,中國科學家們就能更全面地了解月球環境,並趁著月球背面沒有地球電磁訊號干擾,進行太空觀測,為今後的太空探索做好準備,“將是個了不起的壯舉”。

任務載荷

嫦娥四號任務搭載了荷蘭低頻射電探測儀、德國月表中子與輻射劑量探測儀、瑞典中性原子探測儀和沙特月球小型光學成像探測儀4台國際合作科學載荷。

任務意義

國外同行祝賀國外同行祝賀
嫦娥四號有可能給人類提供更多關於月球內部的信息。

嫦娥四號著陸區南極-艾特肯盆地是月球遠面的重要標誌,該區域地形起伏達6000米,是太陽系中已知最大的撞擊坑之一。同時,這個火山坑的地殼很薄,以至於可以看穿地幔。收集這個區域岩石的數據可以幫助科學家們更好地理解組成月球的岩層,對研究月球和太陽系早期歷史具有重要價值。

月球正面和背面的電磁環境非常不同,月球背面電磁環境非常乾淨,禁止了來自地球的無線電信號干擾,是天文學家夢寐以求開展低頻射電研究的場所。搭載了低頻射電的頻譜儀的嫦娥四號可以填補射電天文領域在低頻觀測段的空白,將為研究恆星起源和星雲演化提供重要資料。

發射計畫

第一次發射是:2018年5月21日成功發射嫦娥四號中繼星”鵲橋號”。該中繼星將運行在地月引力平衡點L2點,為嫦娥四號探測器提供地月中繼通信支持。

第二次發射計畫是:2018年12月發射嫦娥四號探測器,將實現人類首次月球背面著陸探測,並開展巡視探測。

社會影響

2018年12月20日,嫦娥四號當選為2018年度科技類十大流行語。

中央賀電

中共中央國務院中央軍委對探月工程嫦娥四號任務圓滿成功的賀電

探月工程嫦娥四號任務指揮部並參加探月工程嫦娥四號任務的全體同志:

在探月工程嫦娥四號任務取得圓滿成功之際,中共中央、國務院、中央軍委向參加這次任務的全體科技工作者、幹部職工、解放軍指戰員,表示熱烈祝賀和親切慰問!

嫦娥四號任務是我國探月工程四期的首次任務,在人類歷史上首次實現了太空飛行器在月球背面軟著陸和巡視勘察,首次實現了月球背面同地球的中繼通信,並與多個國家和國際組織開展了具有重大意義的國際合作。這是在以習近平同志為核心的黨中央親切關懷和堅強領導下,航天戰線堅持自力更生、自主創新取得的又一重大成就,是我國由航天大國向航天強國邁進的重要標誌之一,是新時代中國人民攀登世界科技高峰的新標桿新高度,是中華民族為人類探索宇宙奧秘作出的又一卓越貢獻。工程全線以習近平新時代中國特色社會主義思想和黨的十九大精神為指引,大力實踐“追逐夢想、勇於探索、協同攻堅、合作共贏”的探月精神,以實際行動落實創新驅動發展戰略、推動構建人類命運共同體,對於進一步增強我國經濟實力、科技實力、民族凝聚力和國際影響力,激勵全黨全軍全國各族人民朝著黨的十九大描繪的宏偉藍圖闊步前進,具有重要意義。祖國和人民將永遠銘記你們的卓越功勳!

探索浩瀚宇宙、和平利用太空,是全人類的共同夢想。以嫦娥四號任務圓滿成功為標誌,我國探月工程四期和深空探測工程將全面拉開序幕,今後的任務更加艱巨,面臨的挑戰前所未有。希望航天戰線全體同志更加緊密地團結在以習近平同志為核心的黨中央周圍,以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導,全面貫徹黨的十九大和十九屆二中、三中全會精神,樹牢“四個意識”,堅定“四個自信”,堅決做到“兩個維護”,弘揚“兩彈一星”精神和載人航天精神,不忘初心、砥礪奮進,大力推進航天強國建設,為實現中華民族偉大復興的中國夢,為推動構建人類命運共同體再創佳績、再立新功!

中共中央

國務院

中央軍委

2019年1月11日

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