为什么要去月球背面？ 专家揭秘嫦娥四号论证过程“漫长而艰苦”
嫦娥四号探测器传回世界首张近距离拍摄的月背影像图像。新华社发
2019年1月11日，在北京航天飞行控制中心，张熇（中）与工作人员在嫦娥四号任务圆满成功后合影留念。新华社发
1月13日，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面，实现人类探测器在月球背面的首次软着陆。
在这一全球瞩目的历史突破背后，中国科学家经历了怎样的千锤百炼？3月23日，中国空间技术研究院嫦娥四号探测器项目执行总监、副总设计师张熇作为演讲嘉宾出席“我是科学家”年度盛典，揭秘了嫦娥四号揽月背后的故事。
多年前，还在上初中的张熇，因一本《航天》杂志，燃起对航空航天的兴趣与热爱。2001年，她开始从事中国探月工程探测器的设计研制工作。此后至今，她亲身经历探月工程绕落回发展战略的论证，并参与了嫦娥一号、嫦娥三号、嫦娥四号探测器的研制。
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嫦娥四号论证过程“漫长而艰苦”
2013年，嫦娥三号任务圆满成功后，嫦娥四号的论证工作开始。但是，嫦娥四号的目标着落点设在何处？让它像嫦娥三号一样继续落在月球正面，还是落在其他地方，比如月球背面？科学家有不同看法。
对于全人类而言，月球背面都是一片神秘的处女地。有科学家提出，既然没有任何国家去过，有两种可能：去月球背面没有什么意义，或者技术难度太大。
“经过充分的论证和优化，我们认为可以实现着陆在月球背面的目标。但许多科学家还是有质疑。”张熇回忆，嫦娥四号经过了很多轮漫长而艰苦的评审，每轮评审后都会面临新的疑问，研制团队就要做相应的分析，提出解决方案。
评审和论证工作，一直持续到2015年。张熇说，在一次“决定嫦娥四号目的地最终命运”的关键评审会上，还是有科学家存在不同意见。但中国科学院院士、航天科技集团五院深空探测和空间科学首席科学家、“嫦娥一号”工程总设计师叶培健据理力争，凭借多年的工程经验和战略思考，争取到了大家的共识。
“空间探索的目标就要探索未知，‘没有人去过’本身就已经是很大的意义。在月球背面，我们也可能有更多首创的科学发现。”张熇说。
2019年1月3日上午，嫦娥四号在月球背面的冯·卡门撞击坑成功着陆。探测器落月瞬间，48岁的张熇掩面而泣。74岁的叶培健走到张熇背后，紧紧握住了她的右手。
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着陆前飞越了复杂崎岖的地形障碍
2013年，嫦娥三号成功着陆在月球虹湾地区。张熇给现场观众展示了一张三维成像图，着陆区域是大片的蓝色，意味着这里的地形相对平坦。但月球背面的高地、撞击坑很多，没有这样面积较大又平坦的区域。
复杂崎岖的地形，给嫦娥四号带来了相当大的挑战。“嫦娥三号可以在很大范围内着陆，对控制精度的要求相对较低。背面只能在很小的区域着陆，对精度提出了更高的要求。”张熇说，后来选择的主着陆区域，大概范围只有50×30公里。
除了着陆区域小，嫦娥四号还面临航迹地形起伏剧烈的问题。原来，从距离月面15公里的空中到着陆，嫦娥四号并非垂直降落，而是飞过了大概450公里的距离。飞行中，它先后经过了高地中的凹坑、凹坑中的高地，最后才进入到冯·卡门坑。
“航迹起伏的曲线最多可以达到四五公里”，张熇介绍，地形起伏给测距测速带来很大的影响，会导致导航误差。为了实现安全着陆，嫦娥四号在嫦娥三号的基础上进行了许多创新，归结起来主要有四个方面，即精细化轨道设计与控制、精细化发动机标定、优化动力下降策略和接力避障。
要在地面上模拟月球的环境并攻克上述难关，需要大量细致的工作。张熇举例说，帮助嫦娥四号减速的发动机必须有7500牛的推力，哪怕推力的偏差只有1%，着陆点也会偏差到几公里。
到了距离月面100米时，科学家还为嫦娥四号设计了一个几十秒的悬停，用激光三维成像敏感器去拍摄着陆区域。“可以明显看出下方有两个大坑，右边还有坑。”张熇说，凭借这张照片和精密的计算，嫦娥四号得以识别出安全地点并成功降落。
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“把航天器当作自己的孩子，更心存敬畏”
据了解，嫦娥四号上搭载了地形地貌相机、降落相机、低频射电频谱仪、月球中子及辐射剂量探测仪、全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、中性原子探测仪等科学载荷。
距离嫦娥四号成功着陆已经过去了两个多月，它的工作情况怎么样？很多人对此都非常关心。张熇说，目前所有科学载荷都在正常工作。但她也提醒：“科学数据的分析积累有一个过程，大家可不能太着急。”
她介绍，嫦娥四号还做了一件比较有意思的事情，测量月壤温度。“以前我们都是看国外的资料，这一次自己实测了一下。”由于释放巡视器所用的梯子底端正好会接触到月壤，科学家就把测温敏感器放在了梯子上。现在的发现是，月球背面的月壤在夜间的温度达到-190℃。
为了实现月夜测量，科学家研发了一种新的“同位素温差电池”，让同位素元素衰变产生热，再利用半导体材料把热转换成电。张熇说，尽管目前可以提供的电能还比较少，但相关的技术突破后，会给未来的深空探测奠定比较好的应用基础。
回想起自己落泪的画面被媒体拍下并走红网络，张熇也很感慨。“很多时候，大家看到的是航天任务成功、我们激动欢喜的场面。但是对于我们来说，很多遇到挫折的情况最难忘。”她说。
有一次，研制团队进行全系统试车，也就是整套系统的验证。着陆器固定在实验台上，研制团队在两三百米外的测试间。没想到，发动机点火几十秒就着火，冒出滚滚浓烟。实验被紧急叫停。
张熇说，仔细排查发现，着火其实是非常小的疏忽造成的，但就是这样一个疏忽，导致推进系统的产品全部报废。“我们说把航天器当作自己的孩子，其实不只当作孩子。对航天器，我们心里也更有一丝敬畏。”
张熇的一位资深同事曾对她说，航天器是有感情的，“你认真对待它，它就好好工作；你糊弄它，它到时候就糊弄你”。张熇深以为然。她相信，只要用心地对待工作，就一定能实现人类历史上的更多突破。
“深空探测充满未知，也充满挑战。”演讲最后，张熇大声说“我喜欢！”
据《南方都市报》
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