嫦娥四號(hào)是世界首顆在月球背面軟著陸和巡視探測(cè)的航天器，它由著陸器、巡視器，以及"鵲橋"中繼衛(wèi)星組成。在整個(gè)任務(wù)中，隨處可見(jiàn)來(lái)自上海的強(qiáng)大科技智慧，助力嫦娥四號(hào)開(kāi)啟人類首次月背探測(cè)之旅。

據(jù)介紹，嫦娥四號(hào)最初是作為嫦娥三號(hào)任務(wù)的備份星而與嫦娥三號(hào)同時(shí)研制的。2013年12月嫦娥三號(hào)的成功落月，賦予了嫦娥四號(hào)更艱巨的使命，它將實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面軟著陸和巡視勘察。

在該項(xiàng)任務(wù)中，上海航天承擔(dān)了嫦娥四號(hào)著陸器與巡視器上五個(gè)半分系統(tǒng)的研制，共涉及28臺(tái)設(shè)備。為了滿足任務(wù)的需求，研發(fā)人員在原有備份星的基礎(chǔ)上，對(duì)部分設(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了改進(jìn)。

由于嫦娥四號(hào)的首選著陸區(qū)為月球南極艾特肯盆地，那里地形崎嶇，撞擊坑大而且分布密集,這就對(duì)探測(cè)器著陸區(qū)的選擇和著陸精度提出了很高的要求。再加上著陸區(qū)在月球背面，著陸器和巡視器無(wú)法同地球直接通信，只能通過(guò)中繼星進(jìn)行上下行操作，這就使得通訊時(shí)延大大增加。針對(duì)這些難點(diǎn)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)為巡視器定義了感知、移動(dòng)、探測(cè)、休眠等七種工作模式，同時(shí)提高其適應(yīng)地形的能力、通過(guò)極限的能力，以及自主工作的能力。 要確保設(shè)備能夠準(zhǔn)確可靠地按照既定的程序一步步去完成。嫦娥四號(hào)項(xiàng)目辦副主任鄭云青說(shuō)，為了能保證設(shè)備在萬(wàn)一有意外的時(shí)候，能夠應(yīng)急處理，他們?cè)诘孛孀隽舜罅康尿?yàn)證試驗(yàn)。

嫦娥四號(hào)將首次落到月球背面，這使得探測(cè)器與地球的直接通訊信號(hào)受到月球遮擋，必須通過(guò)"鵲橋"中繼星進(jìn)行信號(hào)中轉(zhuǎn)。因此與嫦娥三號(hào)相比，嫦娥四號(hào)巡視器測(cè)控?cái)?shù)傳分系統(tǒng)不僅要承擔(dān)與著陸器的數(shù)據(jù)通信的功能，還要執(zhí)行與中繼星進(jìn)行遙測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)。嫦娥四號(hào)數(shù)傳分系統(tǒng)單機(jī)主管師黃波說(shuō)，由于中繼星畢竟受體積或者質(zhì)量的限制，發(fā)射功率沒(méi)有辦法那么大，因此他們?cè)谠O(shè)計(jì)上，就要強(qiáng)化探測(cè)器的接收功能，打個(gè)比方，就好像兩個(gè)人聊天時(shí)，一個(gè)人說(shuō)話的聲音變小了，就只能靠聽(tīng)者提高耳朵的靈敏度，才能聽(tīng)清說(shuō)話的內(nèi)容。

一個(gè)月夜相當(dāng)于地球上14天，同時(shí)月夜最低溫度可達(dá)到零下180度。為了讓嫦娥四號(hào)在月球上安全過(guò)夜，上海航天的研制人員還為巡視器開(kāi)發(fā)了休眠喚醒功能。當(dāng)月夜降臨時(shí)，巡視器會(huì)為自己找好棲身之所開(kāi)始休眠。一直到太陽(yáng)照射到月球車太陽(yáng)翼的電池片上，將其喚醒，再開(kāi)啟又一次勘測(cè)，為此，他們大大將嫦娥四號(hào)上采用的太陽(yáng)電池的發(fā)電功率，提升了三個(gè)百分點(diǎn)，保證在極端溫度下還是能夠可靠地恢復(fù)整個(gè)能源的供給。

而中科院上海技物所則承擔(dān)了本次嫦娥四號(hào)任務(wù)中，3臺(tái)光電載荷的研制任務(wù)。

位于月球車的正前方、五星紅旗正下方的紅外成像光譜儀，是嫦娥四號(hào)巡視器的"攝像機(jī)"。單次獲得月表光譜信息只需要11分鐘，比嫦娥三號(hào)的25分鐘大大縮短。

巧妙設(shè)計(jì)的"鏡頭蓋”，具有防塵、隔熱的功能，保護(hù)光學(xué)組件在晝夜溫差極大的月表生存。 而當(dāng)防塵板打開(kāi)之后，就可以有效地對(duì)月表進(jìn)行毫米級(jí)的光譜圖譜數(shù)據(jù)獲取，這個(gè)數(shù)據(jù)為科學(xué)家做月表礦物成分的反演分析。

為幫助嫦娥四號(hào)，姿態(tài)優(yōu)美地落月，技物所研制的另外兩件載荷也十分關(guān)鍵。

激光測(cè)距敏感器，從著陸器距離月球30公里時(shí)，開(kāi)始向月面發(fā)射激光，測(cè)量距離，發(fā)揮"導(dǎo)航"的作用。當(dāng)嫦娥四號(hào)距離月表僅100米時(shí)，激光三維成像敏感器開(kāi)啟，迅速而準(zhǔn)確地搜尋安全著陸地。兩者配合，保證著陸器看得準(zhǔn)、落得穩(wěn)。著陸的區(qū)域比嫦娥三號(hào)還要小，而且懸停的事件非常短，每次的成像時(shí)間僅有四分之一秒，可見(jiàn)難度之高。

中科院上海硅酸鹽研究所則在著陸器的涂層上面下足了功夫。

"嫦娥四號(hào)"的工作環(huán)境可謂是"冰火兩重天"。飛行時(shí)，向陽(yáng)面和背陽(yáng)面的工作環(huán)境的溫度差異很大；登月后又要承受巨大的晝夜溫差，月球表面最低時(shí)可達(dá)零下180度，最高可超過(guò)150度，而著陸器與月球車上單機(jī)運(yùn)行溫度一般要求在為零下40度到零上50度左右。為此，上海硅酸鹽研究所歷經(jīng)多次反復(fù)試驗(yàn)，研制了13種涂層和組建，其中的低溫多層隔熱組件可以實(shí)現(xiàn)雙向隔熱，外部高溫時(shí)候熱量不往里傳，外部寒冷時(shí)候里面熱量又不往外漏，同時(shí)還能兼顧防靜電等特殊工作環(huán)境的要求。

在準(zhǔn)備著陸時(shí)，"嫦娥四號(hào)"還要經(jīng)歷一個(gè)極度高溫，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)的最高溫度達(dá)1400多度，而周邊的儀器卻要在幾十度室溫條件下正常工作，上海硅酸鹽所研制出了一個(gè)高溫多層隔熱屏，它像"裙子"一樣將高溫環(huán)境包圍起來(lái)，在發(fā)動(dòng)機(jī)與周圍的電子元器件之間形成一道屏障，有效地減小了發(fā)動(dòng)機(jī)工作對(duì)探測(cè)器本體溫度的影響。

 
而在上海松江，還有上海天文臺(tái)的工作人員，通過(guò)天馬望遠(yuǎn)鏡在為嫦娥四號(hào)保駕護(hù)航。

天馬望遠(yuǎn)鏡的靈敏度很高，通過(guò)接收電波，它能觀測(cè)到100多億光年外的天體。在嫦娥四號(hào)中繼星任務(wù)中，科學(xué)家通過(guò)天馬望遠(yuǎn)鏡從發(fā)射之日開(kāi)始每日實(shí)時(shí)觀測(cè)中繼星，提供高精度觀測(cè)數(shù)據(jù)，為確保中繼星順利飛抵目標(biāo)軌道發(fā)揮了重要作用。

天馬望遠(yuǎn)鏡大幅提升了探月衛(wèi)星和深空探測(cè)器測(cè)定軌精度，使負(fù)責(zé)為探月衛(wèi)星測(cè)軌導(dǎo)航的VLBI觀測(cè)網(wǎng)的靈敏度提高至1.67倍。而這次任務(wù)更加艱巨，是因?yàn)殒隙鹚奶?hào)要落到月球背面，因此就需要同時(shí)完成兩顆星的觀測(cè)任務(wù)，既要對(duì)中繼星進(jìn)行定軌，也要對(duì)嫦娥四號(hào)進(jìn)行定軌。

由于潮汐鎖定效應(yīng)，月球永遠(yuǎn)都是一面朝向地球，月球背面是迄今無(wú)人涉足過(guò)的未知區(qū)域。隨著今天凌晨發(fā)射任務(wù)的成功實(shí)施，嫦娥四號(hào)隨后將進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，史無(wú)前例地踏上人類征戰(zhàn)月球背面的旅程，也許月球背面的秘密很快就將揭開(kāi)，讓我們拭目以待。

（看看新聞Knews記者：湯銘 張幗霞 見(jiàn)習(xí)記者：朱齊越 許多 編輯：薛晨）