嫦娥四號(hào)玉兔二號(hào)代表全人類進(jìn)行首次月球背面之旅

嫦娥四號(hào)著陸器地形地貌相機(jī)環(huán)拍全景圖（圓柱投影） 國家航天局供圖

玉兔二號(hào)巡視器全景相機(jī)對(duì)嫦娥四號(hào)著陸器成像。國家航天局供圖

嫦娥四號(hào)著陸器地形地貌相機(jī)對(duì)玉兔二號(hào)巡視器成像。國家航天局供圖

著名科幻作家艾薩克·阿西莫夫曾在35年前預(yù)言：到2019年，我們將重新“進(jìn)軍”月球。那時(shí)，不是某個(gè)國家的“單打獨(dú)斗”，而是一種大規(guī)模的國際力量；不是只收集月球巖石，而是建立一個(gè)采礦站。

阿西莫夫只說對(duì)了一半。

此時(shí)此刻，在月球背面南極-艾特肯盆地的馮·卡門撞擊坑內(nèi)，來自中國的嫦娥四號(hào)和玉兔二號(hào)，正代表全人類進(jìn)行首次月球背面之旅。

不過，這次月背之旅，既不全是中國的“單打獨(dú)斗”，也并非大規(guī)模的國際力量。嫦娥四號(hào)和玉兔二號(hào)身上背滿了十八般“武器”，這其中有3臺(tái)科學(xué)載荷，是中國分別和荷蘭、德國和瑞典合作，攜手共同探索月球背面的這片處女地。

科幻作家預(yù)測(cè)得不夠準(zhǔn)確，網(wǎng)絡(luò)世界一些不著邊際的猜想，似乎更顯得荒誕：汽車人、外星基地……然而讓“猜想家”失望的是，截至目前，中國的第四次奔月之旅尚未發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象。

1月10日，經(jīng)過近一周的“午休”， 巡視器玉兔二號(hào)醒來，并于1月11日和著陸器嫦娥四號(hào)“確認(rèn)過眼神”，然后兩器互拍留下“美照”。此后，玉兔二號(hào)“告別”嫦娥四號(hào)，開啟真正的月背之旅——科學(xué)探測(cè)。

月背上的“國旗手”

不少人還記得，2013年12月15日，嫦娥三號(hào)和玉兔號(hào)月球車彼此凝望，完成互拍。那一刻，它們胸前的五星紅旗圖案，吸引了全世界的目光。

如今，嫦娥四號(hào)再次帶著國旗在太空打上中國標(biāo)識(shí)。2019年1月11日，中繼星“鵲橋”號(hào)首次傳回嫦娥四號(hào)攜帶五星紅旗的清晰全景照片。

國家航天局對(duì)外發(fā)布了照片，五星紅旗清晰可見。一個(gè)疑問隨之而來：月球上國旗的顏色與地面上的一樣嗎？

“如果我們能夠到達(dá)月球，會(huì)看到和地面上同樣鮮艷的五星紅旗?！焙教炜萍技瘓F(tuán)五院510所嫦娥四號(hào)月球探測(cè)器國旗研制專家告訴記者，太陽光在穿過大氣層到達(dá)地面時(shí)，人眼可以識(shí)別的可見光部分變化很小，可以認(rèn)為可見光在包括月表在內(nèi)的大氣層外，與地面是一樣的。

唯一的區(qū)別，僅僅在于月表的可見光光照強(qiáng)度比地面略大一些。專家稱，探測(cè)器國旗在月表對(duì)于可見光的反射情況，與地面是相同的，相應(yīng)地，月球上看到的國旗顏色與地面上也是一樣的。

不過，嫦娥四號(hào)和玉兔二號(hào)身上的國旗材質(zhì)，和地面上常見的國旗有著“天壤之別”。

常見的國旗，一般由化學(xué)纖維織物、絲綢、棉布等紡織品制作，當(dāng)然也有以紙張、塑料等材料制作的國旗，而月球探測(cè)器的國旗，則是由一種叫聚酰亞胺的有機(jī)高分子薄膜材料制作的。五院510所專家稱，這種材料在-200℃至200℃的溫度環(huán)境下都可以應(yīng)用。

在地球上，衣物不能在烈日下長(zhǎng)時(shí)間暴曬，否則會(huì)褪色；衣物一般不能用熱水洗滌，否則會(huì)變形；安放于室外的彩色廣告牌經(jīng)過一段時(shí)間的風(fēng)吹日曬會(huì)褪色……這些現(xiàn)象究其原因，都是紫外線、溫度等環(huán)境因素對(duì)材料的影響和破壞作用。用紡織品等制作的國旗，自然也不例外。

月球上也會(huì)如此嗎？五院510所專家給出的答案是：地面常見國旗材料無法經(jīng)受月表環(huán)境考驗(yàn)，很快會(huì)褪色、變形、甚至分解。

第一，月表的溫差達(dá)到300℃以上，溫度最低在-180℃以下，最高在130℃以上；第二，月球表面不存在大氣，和空間環(huán)境即宇宙空間一樣，屬于真空狀態(tài)；第三，月球上，太陽產(chǎn)生的紫外線非常強(qiáng)烈；最后，月球表面還存在宇宙射線和高能粒子的輻照作用。

相比之下，地面上溫差也就幾十?dāng)z氏度，同時(shí)有大氣層的保護(hù)，空間粒子和大部分紫外線被隔絕后，傷害已經(jīng)“溫柔”不少。月球上更為惡劣、苛刻的環(huán)境，對(duì)科研人員專門打造的月球國旗自然也是一種挑戰(zhàn)。

月背上的“攝影師”

說到月球背面上的國旗照，自然就要提起這張照片的“攝影師”——玉兔二號(hào)。更準(zhǔn)確點(diǎn)說，是玉兔二號(hào)身上攜帶的全景相機(jī)。

這臺(tái)相機(jī)，和嫦娥三號(hào)上搭載的全景相機(jī)是“雙胞胎”，由中科院西安光機(jī)所同時(shí)研制生產(chǎn)。它放置在玉兔二號(hào)的桅桿上，距離月面1.5米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去就像玉兔二號(hào)的“眼睛”。

全景相機(jī)載荷主任設(shè)計(jì)師楊建峰透露，全景相機(jī)可以以桅桿為中心旋轉(zhuǎn)，拍攝周邊的地形地貌。相機(jī)分為黑白和彩色兩種模式，分辨率和人眼相當(dāng)。

至于給玉兔二號(hào)拍照的，則是嫦娥四號(hào)身上的地形地貌相機(jī)，該載荷由中科院光電技術(shù)研究所研制。

載荷主任設(shè)計(jì)師鐘杰告訴記者，地形地貌相機(jī)安裝在嫦娥四號(hào)的云臺(tái)上，受云臺(tái)控制，可對(duì)周圍進(jìn)行360°成像，獲取著陸器周圍的光學(xué)圖像，用于月球地形地貌的科學(xué)考察。

當(dāng)然，月背上的攝影師遠(yuǎn)不止這兩位。事實(shí)上，在嫦娥四號(hào)抵達(dá)月球背面之前，就有4臺(tái)神秘的小相機(jī)開始工作，包括3臺(tái)監(jiān)視相機(jī)和1臺(tái)降落相機(jī)，均來自航天科技集團(tuán)五院508所。

這4臺(tái)小相機(jī)如同一個(gè)媒體團(tuán)，在嫦娥四號(hào)到達(dá)月面之前，便做好了分工和準(zhǔn)備，拍得拍，攝得攝，錄得錄，傳得傳，隨時(shí)待令為全球開啟“月背”探索的視覺盛宴。

以降落相機(jī)為例，它負(fù)責(zé)“直播”降落全程。嫦娥四號(hào)著陸器要降落在月球背面的艾特肯盆地——這是月球上規(guī)模最大、最古老的撞擊盆地，對(duì)它的研究有可能揭露下月殼甚至上月幔的物質(zhì)狀況。

降落相機(jī)就安置于嫦娥四號(hào)著陸器的底部艙內(nèi)，在著陸器降落過程中，降落相機(jī)便以較高的幀頻拍照，獲得大量真實(shí)的月球表面信息，這些可以直觀地反映月球表面地貌特征和區(qū)域地質(zhì)情況，提升人類對(duì)月球的認(rèn)識(shí)。

最讓普通公眾感興趣的，還是那種身臨其境的視覺沖擊感。降落相機(jī)便可以獲得與人類視覺習(xí)慣相近的月面景觀，所傳送的光學(xué)圖像，可生動(dòng)如實(shí)地描述著陸器降落的全過程。

至于監(jiān)視相機(jī)，名氣就更大了。1月3日，嫦娥四號(hào)傳回世界第一張近距離拍攝月背影像圖，隨即刷爆網(wǎng)絡(luò)——那張圖就是監(jiān)視相機(jī)C所攝。

監(jiān)視相機(jī)一共3臺(tái)，分別稱為監(jiān)視相機(jī)A、監(jiān)視相機(jī)B、監(jiān)視相機(jī)C。五院508所專家告訴記者，監(jiān)視相機(jī)，主要任務(wù)是對(duì)巡視器與著陸器的釋放分離過程進(jìn)行全程監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)兩器解鎖、巡視器駛離連接支架、臍帶電纜脫離、行駛至轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)、釋放分離等關(guān)鍵過程的監(jiān)測(cè)，提高探測(cè)器系統(tǒng)月表活動(dòng)的展示度。

這些相機(jī)，只有巴掌大小，看起來與平常使用的數(shù)碼相機(jī)無二，輕的三四百克，重的不過700克。

不過按照五院508所專家的說法，這些小家伙都集成了光、機(jī)、電、熱等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)和自動(dòng)曝光、實(shí)時(shí)圖像壓縮等智能化功能，在太空惡劣的輻射、溫度環(huán)境下，能承受發(fā)射時(shí)的強(qiáng)烈沖擊和振動(dòng)，更具長(zhǎng)壽命、高可靠性能，是真正輕小便攜的“航天智造”。

月背上的“科學(xué)家”

嫦娥四號(hào)著陸月球背面的消息發(fā)出后，人們不斷追問：為何要到月球背面去，到月球背面究竟能發(fā)現(xiàn)什么？這些問題都有望從月球背面上的“科學(xué)家”——嫦娥四號(hào)和玉兔二號(hào)身上的科學(xué)載荷那里得到答案。

以3臺(tái)國際合作的載荷為例，中科院國家空間科學(xué)中心副主任、中科院月球與深空探測(cè)總體部主任鄒永廖稱，我國針對(duì)月基低頻射電天文觀測(cè)研究和月面中子輻射劑量、中性原子等月球環(huán)境探測(cè)研究的科學(xué)目標(biāo)，搭載了低頻射電探測(cè)儀、中性粒子輻射劑量探測(cè)儀、中性原子探測(cè)儀等3臺(tái)載荷。

這其中，中性原子探測(cè)儀搭載在玉兔二號(hào)身上，主要對(duì)月表的中性原子進(jìn)行測(cè)量，這是中國、瑞典合作的有效載荷。

中方首席專家張愛兵說，之所以要測(cè)量月表中性原子，主要目標(biāo)就是在月表上測(cè)量太陽風(fēng)和月表相互作用之后產(chǎn)生的中性原子，包括太陽風(fēng)本身的離子獲得電子后產(chǎn)生的中性原子，和月球表面被濺射出的中性原子。該儀器使科學(xué)家可以進(jìn)一步深入研究太陽風(fēng)與月表的相互作用。有科學(xué)家認(rèn)為太陽風(fēng)氫離子可能與月表中的氧相結(jié)合形成水，這也是研究的內(nèi)容之一。

當(dāng)然，作為嫦娥三號(hào)的備份，嫦娥四號(hào)身上的不少載荷，是直接從“三姐”那里繼承過來的，比如測(cè)月雷達(dá)、紅外成像光譜儀。

紅外成像光譜儀是此次任務(wù)中唯一一臺(tái)器上可以進(jìn)行化學(xué)成分分析的設(shè)備，由中科院上海技物所研制生產(chǎn)。

與相機(jī)不同，光譜儀可對(duì)每個(gè)“很窄”的帶寬顏色進(jìn)行成像，因而觀測(cè)的尺度更加微觀。這個(gè)“很窄”有多“窄”？載荷副主任設(shè)計(jì)師徐睿說，該儀器可以看到月面0.1米分辨率的月表礦物特征，同時(shí)，還能夠在紅外波段對(duì)目標(biāo)的光譜成分進(jìn)行有效探測(cè)。

如今，隨著玉兔二號(hào)醒來，這些科學(xué)載荷都已陸續(xù)開機(jī)。放眼月球背面，依舊渺無人煙，人們通過中繼星“鵲橋”號(hào)所能看到的，仍只有嫦娥四號(hào)、玉兔二號(hào)，以及它們胸前閃耀著的五星紅旗。

中國青年報(bào)·中青在線記者 邱晨輝