嫦娥四号在月球背面着陆会遇到什么困难 嫦娥四号在月球背面成功着陆
网友提问:
嫦娥4号成功在月球背面着陆了,这到底有多难,你怎么认为呢?
优质回答:
2018年12月8日2时23分,中国嫦娥四号探测器于西昌卫星发射中心发射成功,开始了“月之暗面”的登陆之旅。
对于普通人而言,这次中国的航天事件到底有什么过人之处呢?
首次月球背面的登陆。
在此之前,总共有20个探测器登录过月球正面,而月球背面的登陆数为0。这不仅是中国的首次,也是世界的首次。
月球背面地形极其复杂。
月球背面几乎全是环形山和撞击坑(97.5%),比正面多得多(69%),形成的原因目前的情况只有理论解释,缺乏实地验证。想想在中国的东部平原跳伞和在中国西部跳伞的难度差别有多大,何况还是高速降落的月球登录器。
通讯难度大。
我们都知道月球一直都是一面朝着地球,月球的背面永远背向月球,因此地球与登录器的通讯成了一个问题。于是在2018年5月份,中国成功部署了“鹊桥号”中继卫星,在月球背后6.5万公里之外的地月拉格朗日二点附近Halo轨道簇上运行。这解决了我们与登录器的通信问题,也让登录器的登陆成为了可能。
能源(动力)问题。
为应对夜晚过低的温度,探测器不仅要有高效高性能的太阳能板,同时还需要利用钚-238,它会不断的释放热量,做保温用,它的热量也可以收集起来用以发电,这就是有名的“核电池”,太阳系的五个使者:先锋十号、先锋十一号、旅行者一号、旅行者二号、新视野号,皆是依靠它实现了深空之旅。而这也是中国首次利用“核电池”,意义重大。
为月球背面的研究打下基础。
月球背面与正面的环境差异较大,月球背面物质丰富(包括氦3),甚至可能含有古老的月幔成分。嫦娥4号的成功也为这类问题的深入研究打下了基础。
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嫦娥四号降落月球背面,这个技术是相当难的。先看这个任务的关键词,月球背面!首先,月球自转和公转的时间一样,这就意味着月球永远用一面对着地球,那一面我们永远看不到,也就是说,如果在月球背面直接远程操控一个探测器是不可能的,因为微波信号过不去。那就需要一个中继卫星来中转信号,这个就是”鹊桥卫星”。”鹊桥卫星”需要在月球背面一侧,又能看的见地球的地方,那就是地球和月球球心的延长线上,这个距离是48万公里,而且要求卫星就定在那里,这个轨道的控制技术是要相当强的,否则中继卫星就会跑偏!举个例子,嫦娥四号降落月球背面,相当于我们在珠穆朗玛峰北测山脚下,遥控一架无人机到珠穆朗玛峰南坡的一个树坑里拍视频。需要先放一架带有WIFI的无人机在15000米高空悬停能看到南坡,然后再起飞拍摄的无人机到珠穆朗玛峰顶,两架无人机信号接通,通过悬停的无人机继续控制那架无人机继续寻找目标并接近拍照。既要时刻关注悬停无人机的位置,又要控制好拍照的无人机。有人说,这不很容易吗?有卫星定位啊!在月球那边,可没有导航、位置定位!全部都是手工操作,靠轨道计算确定位置,也没有参照物,看不见周围的地标!大家好好想想,先把一个小卫星发到48万公里以外定好位置,再把一个探测器发到38万公里的地方降落,这得多复杂?中国的深空探测真的很牛啊!这个技术搞好了,才可能去探测火星或者更远的星体!
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难点有两个。
一.月球的背面的地理信息没有正面详细。(相差很小。正背面是相对于地球而言并不是对太阳,正背面被太阳照射的时间是一样的。大概四十几个地球日一个昼夜,白昼时绕月卫星可以采集到大量地理信息)
二.地月通信(难点)。正面一直面朝地球,正面的卫星/着陆器只要将信号收发器对准地球就可以了。月球背面没有办法直接联系,绕月卫星在背面时是处于失联状态,卫星将采集的数据存储在卫星里到正面时在发给地球。所以在背面着陆需要地月之间的中继卫星,“鹊桥”才是嫦娥四号最难的而不是着陆器。“鹊桥”是第一颗也是目前唯一一颗地月中继卫星,其他国家的卫星要想在月球背面时时都有联系。要么自己发射,要么通过“鹊桥”。
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在2018年的12月份,中国的嫦娥四号登上了探月的征程,这次它的举动无疑是震惊了海内外各个国家,虽然说世界上很多国家都对月球做出过探索,到目前为止在月球上已经有了20个着陆器了,不过这些国家也只是在月球的正面着陆,不曾在月球的背面着陆,这次的嫦娥四号的目标却是在月球的背面着陆,那么这到底有多困难呢?其实在月球的背面着陆不仅仅是着陆点的困难,后续探测工作开展时的探测也是问题连连。
嫦娥四号想要在月球的背面着陆,首先要面对的就是着陆点的复杂程度。因为在月球的背面大都是坑坑洼洼的,各类起伏的高山,基本上没有平坦的区域。有的地方落差甚至达到了16千米左右,因此说想要寻找到一块合适的区域进行着陆是很困难的。
同时月球的自转和公转是相同的,也就相当于地球上的14天进行昼夜交替。因此在嫦娥四号进入到月球的轨道后,仍然需要等待白天的时候才可以降落到月球的背面,这是因为它需要太阳能来补充能量。同时因为降落的地方在南极的附近,需要调整很大的轨道角度,也是十分消耗时间的。
一旦嫦娥四号准备着陆时,它的着陆轨迹也不像是嫦娥3号那样采用抛物线的形式,它反而是要通过一个很长的距离采取垂直降落的方式。当然在这个过程也要完成避障、悬停等一系列的操作,难度仍然不小,这是嫦娥三号在月球的正面着陆时不曾遇到的困难。
其实对于月球背面的探测,信号也是会受到很大影响的,不过好在中国采用了一颗中继卫星,为着陆的嫦娥四号进行信号支持。虽然说这一技术要在上个世纪60年代就被提出来了,不过世界上没有国家实验成功,这次搭建的中继卫星成为了人类历史的首次。它的出现能够保证嫦娥四号工作时候的全程通信,意义非常巨大。
所以说嫦娥四号进行月球的背面着陆,并不是一件容易事,它不仅是面临着着陆地点的选择,信号的支持也是需要通过中继卫星进行辅助的。当然这也是中国进行月球探测的一大进步之举,能够让人类更加全面的了解月球。
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别的国都没有过,就是这么厉害