嫦娥四號在距離月面6公里的高度時調(diào)整至垂直下降，與嫦娥三號不同。

2019年1月3日10時26分，嫦娥四號探測器成功在月球背面的南極-艾特肯盆地著陸，實現(xiàn)人類探測器首次在月球背面的軟著陸，并通過“鵲橋號”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖。

嫦娥四號發(fā)回的首張月球背面影像圖。這是嫦娥四號著陸器監(jiān)視相機C拍攝的著陸點南側(cè)月球背面圖像，巡視器將朝此方向駛向月球表面。國家航天局供圖

相較于嫦娥三號，嫦娥四號落月難度更大，主要因為月球背面這一特殊環(huán)境。中國工程院院士、中國探月工程總設(shè)計師吳偉仁曾形容，嫦娥三號相當(dāng)于在華北平原著陸，而嫦娥四號則是在崇山峻嶺的云貴川地區(qū)著陸。

據(jù)中國航天科技集團有限公司五院502所嫦娥四號探測器GNC系統(tǒng)研制人員介紹，月球背面崎嶇不平，嫦娥三號月球正面著陸區(qū)地形起伏僅800米，而嫦娥四號月球背面著陸區(qū)地形起伏達到了6000米。

而同樣困難的是，落月過程地球方向不直接可見，所有信息傳輸都需要由中繼星“鵲橋號”中轉(zhuǎn)，無疑大大增加了落月任務(wù)的風(fēng)險。因為整個落月過程由GNC系統(tǒng)自主操控，加之回傳畫面的延遲，所以對地面人員來說，整個過程近乎 “盲降”。

月背“盲降”：因地形崎嶇采取垂直降落

地形的崎嶇使得原有近似嫦娥三號的飛行軌跡無法適用。在充分研究月面預(yù)定著陸區(qū)地形特點基礎(chǔ)上，科研團隊設(shè)計了適應(yīng)新地形的落月軌跡方案。

今天，嫦娥四號經(jīng)歷了驚心動魄的“盲降”歷程。

今天10時15分，科技人員在北京航天飛行控制中心發(fā)出指令，嫦娥四號從距離月面15公里處開始實施動力下降，7500N變推力發(fā)動機開機，逐步將探測器的速度從相對月球1.7公里每秒降到零。

在距離月面6~8公里處，探測器進行快速姿態(tài)調(diào)整，不斷接近月球。距月面100米處，為了保證落地時每只腳都不踩到石頭上或坑里，嫦娥四號稍稍懸停，對障礙物和坡度進行識別，找好理想著陸點，緩緩降落。

約690秒后，嫦娥四號自主著陸在月球背面南極-艾特肯盆地內(nèi)的馮•卡門撞擊坑內(nèi)。落月過程中，降落相機拍攝了多張著陸區(qū)域影像圖。

嫦娥四號探測器動力下降過程降落相機拍攝的圖像。國家航天局供圖

據(jù)502所科技人員介紹，嫦娥四號在距離月面6公里的高度時調(diào)整至垂直下降。這個垂直下降動作，就是與嫦娥三號最大的不同，因為著陸區(qū)太崎嶇，如果水平方向持續(xù)移動，就會讓著陸器不能準(zhǔn)確測量所處的高度。

整個過程中，地面人員都通過“鵲橋號”中繼星觀看了“直播”。

規(guī)避風(fēng)險：探測器自我診斷與重構(gòu)

研制人員也考慮了盲降的風(fēng)險，尤其是如果下降過程中，“鵲橋號”的信息傳輸“卡住”，影響數(shù)據(jù)上傳，怎么辦?

為此，GNC系統(tǒng)設(shè)計了延時數(shù)據(jù)注入功能，就是提前把要發(fā)送給著陸器計算機的數(shù)據(jù)發(fā)送到著陸器上暫存，這個數(shù)據(jù)包是帶有時間標(biāo)簽的，待到著陸器上的時間和該標(biāo)簽相同時，數(shù)據(jù)便自動注入。如此， “鵲橋號”的實時數(shù)據(jù)注入，就成為了備份手段。

系統(tǒng)還可以全程自主進行故障診斷與重構(gòu)，萬一發(fā)生故障，系統(tǒng)可以隨時自己給自己進行“診斷”，找到病灶并解決。通過著陸器各部分功能的優(yōu)化、再組合，著陸器可以確保機體整體功能正常，實施落月。

著陸器的“腿”： 主副腿配合緩沖巨大沖擊力

嫦娥四號的四條腿學(xué)名為“著陸緩沖機構(gòu)”，能夠利用緩沖功能，將著陸瞬間所產(chǎn)生的沖擊有效地吸收，防止巨大沖擊力對探測器及其重要儀器設(shè)備造成損傷。

嫦娥四號探測器示意圖。國家航天局供圖

為了確保良好的緩沖作用，設(shè)計和制造人員在研制過程中想盡辦法，在探測器的“腿“里配備了兩個秘密武器。

首先是“大腳掌”。著陸器的“腳掌”是與月球表面直接接觸的部位，被設(shè)計成盆狀，盆狀結(jié)構(gòu)可以更好地防止著陸月面時傾倒。其外觀簡單，但金屬表面的內(nèi)部構(gòu)造卻十分的復(fù)雜，經(jīng)歷了成千上萬次試驗，進行了上萬件材料的篩選，才敲定了最終工藝方案。

其次是主腿和副腿配合的結(jié)構(gòu)。著陸器的每條著陸腿都包含一個主腿和兩個副腿，各有分工。在著陸前，副腿推著主腿向外側(cè)展開到規(guī)定角度并鎖定，主腿負責(zé)在著陸時支撐住著陸器，將沖擊力傳遞、吸收，是著陸器主要的支撐結(jié)構(gòu)。副腿也會輔助主腿緩沖巨大的沖擊力，使落月更穩(wěn)定、安全。

為了減重，主腿和副腿的外殼是又長又薄的圓筒結(jié)構(gòu)，為了確保圓筒強度，設(shè)計師優(yōu)選了強度很高的鋁合金材料。圓筒中還填充有緩沖蜂窩材料，在前期試驗中，工作人員先后加工了約6000件規(guī)格各異的緩沖蜂窩，最終篩選出性能穩(wěn)定、成品率高的緩沖蜂窩。在著陸時的巨大沖擊下，主腿和副腿都能依靠擠壓蜂窩吸收沖擊力， 讓著陸器平穩(wěn)地著陸。

標(biāo)簽： 嫦娥四號