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将最前沿的航天科技工程与孩子们的科普教育相结合,一直是中国航天工程的特色.
文｜《小康》·中国小康网记者 刘源隆
月球是地球唯一的天然卫星,陪伴地球已经超过45亿年.它对地球地轴指向、自转稳定、周期潮汐、夜晚照明等有着巨大意义.
由于地球强大引力的影响,月球也付出了很大代价：地球将它的自转周期减慢为与围绕地球公转周期完全一样,也就是潮汐锁定.
在这种效应下,我们在地球上永远没法直接看到月球背面.在过去的60年内,人类已经发射了超过百个月球探测器,其中有65个月球着陆器,但由于月球整体的阻拦,背面成了地面通信和测控的禁区,即便到了载人航天时代,也仅有非载人的环绕月球轨道器和载人的阿波罗号看到过月球背面,从未有宇航员或探测器就位探测过这一片区域.
正因如此,人类关于月球背面的传言甚嚣尘上.月球背面有外星人基地,有外星人飞船,还有三眼外星人尸体……这些传言甚至出现在各种科幻作品中,演绎着各种充满想象力的故事.
8月15日国防科技工业局消息,“嫦娥四号”月球车按计划将于今年12月随“嫦娥四号”月球探测器一起,执行世界首次月球背面着陆探测任务.
“鹊桥”相连
“从表面上看,在月球背面和正面着陆在‘落’月本质上没有区别,但实际上,实现在月球背面软着陆和巡视探测,是工程技术和空间科学的双重跨越和创新.”中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁告诉《小康》记者.
要去月球背面并不容易,首当其冲的一大难题就是“通信”——人类在地球上不仅从未见过月球背面,通信信号也会被阻隔.
解决通信难题最好的办法就是在地月拉格朗日L2点布置一颗中继卫星,距离月球大约6万至8万公里.L2点本身与地球之间也被月球遮挡了,不过地球和月球引力可以使中继卫星沿着围绕L2的所谓光晕轨道运行,这样就可以同时“看到”月球背面和地球,为嫦娥四号着陆器和月球车在月球背面软着陆和月面工作提供信号传输和测控支持.
就在今年5月21日,我国在西昌卫星发射中心用长征四号丙运载火箭,成功将探月工程嫦娥四号任务鹊桥号中继星发射升空.鹊桥号中继星是世界首颗运行于地月拉格朗日L2点的通信卫星,将为年底择机实施的嫦娥四号月球探测任务提供地月间的中继通信.
建起连接地球和月球、跨越40多万公里的“星际穿越”通信链路考验的不只是设计上科学合理,更要求工作时稳定可靠,为此,提前进入战斗位置的“鹊桥”将全面开展中继通信功能的测试,进一步磨合自身所携带的各路“新式武器”,力保在长达三年的寿命期间时刻保持最佳状态.
多安全备份遥测遥控指令设计是中国空间技术研究院所属空间电子信息技术研究院技术人员针对“鹊桥”特有工作环境的首创之举,通过多重备份的方式,给远在天边的“鹊桥”多部“手机”,地面工作人员可以同时给这几部“手机”打电话,发出相同的遥测指令,有效规避了因为距离远或其他未知因素造成的信号中断、信息传送不准确等问题.
吴伟仁介绍说,“鹊桥”还装备了空间电子信息技术研究院研制的4.2米口径的高增益伞状抛物面天线,这是人类深空探测任务史上最大口径的通信天线,采用整星零动量控制方式,可以实现对地、对月、对日和对惯性空间任意目标指向与跟踪的三轴稳定控制,为着陆器、巡视器与地面站之间的测控与数据传输提供了有力支撑.
月球车什么样？
谈及嫦娥四号对于科技发展的意义,吴伟仁表示,由于月球正面屏蔽了地球的无线电干扰,月球背面的电磁环境干净,为开展空间科学领域最前沿的低频射电天文观测与研究提供了理想场所.吴伟仁说：“嫦娥四号还将充分利用月球背面最古老的月壳岩石独特条件开展地质特征勘查,有望在国际上建立集地形地貌、浅层结构、物质成分于一体的综合地质剖面和演化模型,获得对月球早期演化历史的新认知.”
嫦娥四号承载着“前无古人”的探测任务,对于嫦娥四号月球车的要求自然也更高.8月15日,嫦娥四号任务月球车全球征名活动启动仪式在京举行,嫦娥四号月球探测器——着陆器和月球车外观设计构型是征名仪式现场引人瞩目的明星,这是其第一次在公众面前亮相.
单纯从外观来看,嫦娥四号月球车与姊妹嫦娥三号月球车“玉兔”颇为类似.对此,中国探月工程副总指挥、国家国防科工局探月与航天工程中心主任刘继忠在仪式现场做了说明：“一方面,嫦娥四号月球车基本保持了‘玉兔’的相关特点；另一方面,针对月球背面复杂的地形条件、中继通信新的需求和科学目标的实际需要等因素,它被做了适应性更改,其有效载荷配置也进行了适当调整.”
在温度控制防护方面,为了保证所有设备在月夜零下180摄氏度的环境中不被冻坏,专门配置了同位素热源为仪器设备供热.吴伟仁介绍,更好迎战昼夜极热极冷的月面环境,是嫦娥四号月球车升级提高的重要方面之一.
在科学载荷方面,嫦娥四号月球车延续了“玉兔”当年探月国产“三大件”,即全景相机、红外成像光谱仪和测月雷达.除此之外,嫦娥四号月球车还有一个“杀手锏”,那就是与瑞典合作的中性原子探测仪,这将是人类探月史上首次在月表开展这项探测活动.
特别值得一提的是,载重量方面,嫦娥四号月球车总重量约140公斤,是到目前为止全球最轻的月球车.
孩子们的“探月”
就在8月15日嫦娥四号月球车发布的当天,一群五六岁的孩子成为了发布会上的焦点,他们围在吴伟仁院士的身边,了解嫦娥四号月球车的工作原理,并提出不乏深奥的问题.
原来这些孩子都来自“中国探月科普营”的小营员.
将最前沿的航天科技工程与孩子们的科普教育相结合,一直是中国航天工程的特色.早在2013年6月20日,神十航天员王亚平就在中国首个目标飞行器天宫一号上为中小学生授课.这是中国利用载人航天活动普及航天知识的一次生动尝试,进一步激发了广大中小学生对宇宙空间的向往、对学习科技知识的热情.
总书记曾说过：“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置.没有全民科学素质普遍提高,就难以建立起宏大的高素质创新大军,难以实现科技成果快速转化.”
由国家国防科工局探月与航天工程中心联合中国关心下一代工作委员会,共同组织的“中国探月科普营”是中国探月工程在科普教育上的又一次创举.
小营员的家长们在接受《小康》记者采访时表示,中国探月科普营为孩子们创造了很好的学习模式,也大大增强了他们的学习兴趣.小营员们都说,长大要当航天科学家、航天员,为祖国航天事业做出贡献.
中国探月科普营负责人张悦表示,中国探月科普营就是要为孩子们解密最尖端、深奥的科学,让航天、探月真正“接地气”,给孩子们带来实实在在的科学知识,激发他们对科学的兴趣.张悦说：“未来,‘中国探月科普营’将在科普课程,科普竞赛,航天城、飞控中心、卫星发射基地研学等方面形成科普传播的矩阵,让更多的青少年接触到中国的航天科学.”
8月15日当天,“中国探月科普营”的小营员们还代表中国少先队,提出了全国前十份“嫦娥四号月球车”的征名提案.一位小营员告诉记者,他对月球背面感到非常好奇,他心目中的嫦娥四号任务月球车应该叫“梦想号”,“因为探索月球背面是我的梦想,是大家的梦想,是全人类的梦想”.
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