世界第一個月球背面探索任務，嫦娥四號科學任務詳細解析

擬南芥屬於什麼科

大國的一次月球背面探索任務

我國的嫦娥四號月球探測任務是一個非常特殊的任務，因為這是世界第一次有一顆衛星被髮射到月球的背面，這是一個至今仍未被探索的區域。

滿月是和平、繁榮和家庭團聚的象徵。十五的月亮十六圓，而月亮平時無論是對古人還是對我們，都有一種思鄉或者其他的精神寄託。說起月亮我們不得不提到月球女神——嫦娥，我國探測器採用了這個名字來命名月球探測器。

太空中的月球

我國航天局的月球計劃已經非常詳細了，現在正在一步一步朝著最終目標前進，在每一次任務中都實現了重要的目標。2019年1月3日，嫦娥4號成功地降落在月球的另一邊，這是一個非常特殊的任務，在整個探月計劃中都是舉足輕重的。

嫦娥三號

大約12年前，我國首次進入月球軌道附近。其實歸納來說，我國的月球計劃可以分為兩個階段。第一階段是將衛星送入月球附近並進行觀測以繪製月球表面圖，在這方面，第一艘月球航天器嫦娥1號於2007年10月24日發射，第二顆衛星嫦娥2號於2010年10月1日發射。

第二階段是關於在月球上著陸的機器人裝置。這個階段任務由嫦娥3號和嫦娥4號完成，它們分別在月球上的不同地點完成了月球車和著陸器的著陸。嫦娥3號任務，包括著陸器和漫遊者，分別於2013年12月14日和2019年1月3日成功著陸月球，中國嫦娥4號則成功降落在月球的背面。

嫦娥一號

一次特殊的任務

嫦娥四號飛船的發射質量約為3780公斤。著陸器的重量約為1200公斤，而月球車的重量約為140公斤。根據任務設計，探測器預計將在月球表面探索三個月，而著陸器的任務將持續整整一年。著陸器釋放了玉兔漫遊者，探索一個巨大的月球隕石坑，直徑約180公里，這個盆地位於月球南極艾特肯盆地的撞擊坑內。

作為這項任務的一部分，最有趣的實驗之一是由重慶大學的科學家設計的。這個“微型月球生物圈”實驗攜帶了一個18釐米的桶狀密封容器，可以容納空氣、水和土壤。在這個單位內，攜帶棉花、擬南芥（一種芥菜科的小型開花植物）和馬鈴薯種子，還有果蠅蛋和酵母。探測器發回的影象顯示，一株棉花長得很好，但到目前為止，其他植物還沒有發芽。不過這個實驗結束了，發芽的棉花在容器裡腐爛了，這是有史以來第一次有生物物質在月球生存。

嫦娥四號生物圈實驗

嫦娥4號在許多方面都是一個獨特的任務，其中一個方面就是與國際合作的諸多科學載荷。除了來自中國的科學界之外，還有瑞典和德國科學家開發的儀器。嫦娥四號任務的主要目的是研究低重力對類似地球的生態系統、月球環境、宇宙輻射以及太陽風與月球表面的相互作用的影響。目前，月球車玉兔二號及其全景相機正在對月球表面形貌和地質結構進行詳細的研究。

需要著重說的是本次任務對盆地的研究，這是非常重要的，因為這是一個擁有大量水冰的地區。這一地區和其他一些火山口是永久陰影地區，沒有陽光到達，也叫作永凍區。眾所周知，這裡有氫氣或水冰沉積。印度的Chandrayan-1號軌道器和美國宇航局觀測結果推斷出月球上有水。現在，我國進行的實驗可以為這一發現提供實際證據。

月球遠觀圖

從探月計劃整條路線來看，嫦娥四號任務可以被看作是一個非常重要的任務。它也將有助於世界其他國家收集重要資料，以開展今後的任務。到目前為止，這項任務已經證明了生物物質可以在月球上生長。預計這次任務還將提供關於從月球表面提取水的明確答案。它還將為今後各國太空機構提供良好著陸地點和最安全著陸點的備選方案。

月球艾特肯盆地

硬核的一次科學探索任務

接下來我們來看一下嫦娥四號的科學載荷吧，一個探測任務最重要的就是科學載荷了。在具體分析之前我們可以大概看一下嫦娥四號的科學有效載荷，包括低頻無線電光譜儀LFS、紅外光譜儀、一個照相機，一個攝影機、月球雷達等，在本文中我們只探索其中幾個科學載荷。

低頻無線電光譜儀LFS

LFS用於太陽風暴低頻電場的探測和月球等離子體的研究。透過對太陽、行星空間和星系空間低頻電場的探測，嫦娥四號上面的LFS可以收集到電訊號的幅值、相位、時變性、頻譜、極化和到達方向等資訊，之後可以直接分析。利用空間低頻電場的變化特徵，LFS也可以對著陸場上方的月球等離子體環境進行了分析。

LFS配置了一個三分量源天線來接收來自太陽和空間的電磁訊號，三分天線單元中的每一個接收電磁訊號的天線都有各自的作用。我們根據無線電傳輸理論，透過對勘探資料的分析和處理，得到了輻射源的電磁強度、頻譜、時間方差、偏振特性和方向等資訊。簡單的概括一下，LFS用於探測太陽和月球的低頻無線電環境的低頻射頻特性，進行低頻射電天文觀測。

嫦娥四號著陸器的全景照片

著陸照相機與地形攝影機

利用衛星和遠端探測器LCAM技術對降落區進行光學成像，研究著陸區的表面形貌和地質構造，這個我們就不用多說啦，一些專業的相片都是著陸相機拍攝到的，著陸相機還負責在著陸前勘探著陸地形。TCAM是地形攝影機，地形攝影機的目的是對著陸區進行光學成像，研究著陸區的表面形貌和地質構造，兩個相機可以互補，然後共通資料。

月球著陸器中子和劑量測量實驗儀器LND

月球著陸器中子和劑量測量實驗儀器由德國阿爾佈雷希茨大學牽頭，由德國航天中心航天醫學研究所、德國國家空間科學中心、中國科學院國家天文觀測站和中國空間技術學院共同研究。

瑞典空間物理研究所研究的高週波小型分析儀ASAN

德國方面在設計LND的時候可以測量月球表面複雜輻射場中劑量率和線效能量轉移LET光譜的時間序列。對於第二個引數，LND能夠測量粒子通量及其時間變化，從而有助於理解粒子在日光層中的傳播和輸運，也就是完成日光層觀測科學。

月球著陸器中子和劑量測量實驗儀器由10個矽固態探測器SSD堆疊組成，允許測量10-30 MeV的質子、60-500 keV的電子、10-20 MeV/n的α粒子和15-40 MeV/n的重離子。此外，LND還可以測量能量範圍為1-20 MeV的快中子，另外，需要重點說的是，LND對水很敏感，對了解月球表面水混合物來說很重要。

奔跑中的玉兔二號月球車

除上述四個有效載荷外，我國宇航局還將在嫦娥4號探測器上安裝三個國際聯合有效載荷，它們是著陸器上安裝的中子和劑量計LND，以及安裝在中繼衛星上的先進小型中立分析儀Asan，還有荷蘭研發的頻率探測器NCLE，這三個科學載荷我們沒有具體資料就不多說了。

接下來我們要說的是月球穿透雷達：LPR是嫦娥3號上就有的科學載荷。LPR的目的是繪製月球地形圖和探測地下地質構造。

可見和近紅外成像光譜儀VNIS：VNIS之前在嫦娥3號也有。VNIS能夠同時對月球表面上的物體獲得全反射光譜並進行校準。VNIS採用非共線聲光可調諧濾波器，VNIS由VIS/NIR成像光譜儀0。45~0。95 m、短波紅外光譜儀0。9~2。4 m和具有防塵功能的校準單元元件構成。

高週波小型分析儀ASAN：ASAN是由位於基律納的瑞典空間物理研究所開發的，ASAN科學載荷主要目標目標是探索月球亞表層結構，研究月球地表形貌和地質構。2018年4月7日，瑞典空間物理研究所IRF成功地向位於中國北京的中國科學院國家空間科學中心交付了ASAN儀器。

嫦娥四號著陸後拍攝到的第一張圖片

接下來我們說一說嫦娥四號的動力系統，這也是很多朋友關心的問題，嫦娥四號使用的是放射性同位素熱電發生器電源及發電技術。

對於月球夜間月球土壤溫度的資料採集，溫度感測器必須有電源。目前，最現實的方法是利用基於Seebeck原理的RTG將熱能轉化為電能。在發電時，RTG還可以提供大量的熱能來調節溫度。通常使用Pu-238作為RTG源。

與嫦娥3號中使用的RTG相比，嫦娥四號的RTG中增加了熱電模組，這樣可以保證RTG源的溫度和安全性，也可以保證航天器的安全性，是一個很大的進步。

一次跨越神話的任務

嫦娥4號中繼衛星名為鵲橋，由於月球背面不面向地球，因為月球的軌道週期與其自轉週期相匹配，因此需要一顆中繼衛星讓嫦娥4號著陸器與地球之間進行通訊。

關於中繼衛星與嫦娥四號著陸器的中繼通訊渲染圖

中國國家航天局在2018年4月25日中國航天日宣佈了這個名字。在我國一個民間故事中，每年的七月七日，牛郎和織女都會在喜鵲組成的橋上相會，讓女神可以與她心愛的丈夫相見，這個名字很有寓意。

中國空間技術研究院研究的鵲橋大約有425公斤，這顆425公斤重的中繼衛星是以三軸穩定製造的，也就是說這顆中繼衛星以100小衛星母線為基礎，採用130 N肼推進系統。它攜帶一個可展開的4。2米碟型繼電器裝置。提供了4個256 kbit/s X波段，衛星波段可以讓著陸器/漫遊者與地球連線一個2 Mbit/s的S波段。

中繼衛星的中繼鏈路是如何工作的呢？月球車的後向鏈路資料由全向天線或定向天線傳送，並由中繼衛星接收。著陸器後向鏈路採用全向天線、中增益天線和與低、中、高位元率相對應的定向天線，後向鏈路的調製方式為BPSK。