嫦娥四號落月前繞月飛行了20多天 它都在做些什么？

嫦娥四號著陸器監(jiān)視相機(jī)C拍攝的玉兔二號巡視器走上月面影像圖。 1月3日晚間，嫦娥四號著陸器與巡視器成功分離，玉兔二號巡視器（即月球車）順利駛抵月背表面。著陸器上監(jiān)視相機(jī)拍攝了玉兔二號在月背留下第一道痕跡的影像圖，并由“鵲橋”中繼星傳回地面。 新華社 圖

1月3日，嫦娥四號成功踏足月球背面，讓中國航天又一次創(chuàng)造了人類首次。

不過，它從2018年12月12日進(jìn)入環(huán)月軌道至今，繞著月球飛了20多天才降落。許多網(wǎng)友表示不解：既然“起大早”，為啥要“趕晚集”？

不僅僅是為等天亮

有專家解釋，嫦娥四號要等著陸區(qū)天亮。月球整體光照情況顯示，嫦娥四號進(jìn)入月球軌道時，它的預(yù)定著陸區(qū)南極艾肯盆地一帶正在進(jìn)入夜晚。黑燈瞎火降落，萬一摔跟頭怎么辦？由于一個月夜相當(dāng)于地球上的14天，所以它多飛一陣，等到落區(qū)太陽高照時降落，當(dāng)然更加穩(wěn)妥。

但北京航天飛行控制中心軌道專家組組長劉勇告訴科技日報(bào)記者，其原因不僅于此，還跟嫦娥四號的入軌傾角與落區(qū)位置有關(guān)。

劉勇說，嫦娥四號進(jìn)入環(huán)月軌道時，其軌道面與地月連線基本垂直，而它的首選著陸點(diǎn)——位于艾特肯盆地中部的馮·卡門撞擊坑，經(jīng)度在180度左右。這意味著當(dāng)時嫦娥四號的軌道并不經(jīng)過落點(diǎn)，其間有大約270度的偏差。這需要通過月球自轉(zhuǎn)，花費(fèi)20多天逐漸彌補(bǔ)。

有網(wǎng)友發(fā)問：既然要等，干嘛不推遲半個月發(fā)射？這就涉及到發(fā)射窗口問題。

記者了解到，嫦娥四號的發(fā)射時間可不是隨便選擇的，要考慮很多約束條件，使它與日、地（包括地面點(diǎn)和近地軌道）、月（包括著月點(diǎn)）的相對關(guān)系滿足任務(wù)需求。例如，奔月軌道需要調(diào)整近月點(diǎn)經(jīng)度和飛行時間，讓環(huán)月軌道臨近著月點(diǎn)上空，為登月創(chuàng)造條件；奔月飛行過程中，要考慮太陽能帆板的受曬問題，要求太陽光入射方向與太陽帆板之間的夾角保持在一定范圍內(nèi)。此外在飛行和著陸過程中，還要考慮連續(xù)測控問題。這些約束條件有的決定發(fā)射月份，有的決定要在哪天、幾點(diǎn)發(fā)射。嫦娥四號要在月背著陸，各種約束關(guān)系特別復(fù)雜，其形成發(fā)射機(jī)會的交集只在12月8日和9日各有2次，加起來也只有幾分鐘。正所謂“過了這村就沒這店”。

中繼通信不像打電話那么簡單

除了上述原因，嫦娥四號這段時間也不是“閑逛”。劉勇說，出于工程上的考慮，嫦娥四號繞月期間一些設(shè)備需要開機(jī)進(jìn)行測試，有足夠的時間，才能讓測試更完整，準(zhǔn)備更充分?？乒ぞ窒⑼嘎?，嫦娥四號進(jìn)入環(huán)月軌道以來，進(jìn)行了2次環(huán)月軌道修正，與“鵲橋”中繼星進(jìn)行了4次中繼鏈路測試，開展了激光測距、三維成像、微波測距測速等導(dǎo)航敏感器在軌測試，為實(shí)施月球背面軟著陸做好準(zhǔn)備。

其中，中繼通信鏈路的建立是確保任務(wù)成功的關(guān)鍵之一。

記者從中國航天科技集團(tuán)五院了解到，鵲橋中繼星于2018年12月14日成功與嫦娥四號著陸器、巡視器組合體建立了前向/返向通信鏈路連接。前向鏈路指地面站將遙控指令發(fā)給鵲橋并轉(zhuǎn)發(fā)給嫦娥四號；返向鏈路指嫦娥四號將數(shù)據(jù)通過鵲橋轉(zhuǎn)發(fā)到地面。

這可不像我們平時打電話那么簡單。五院嫦娥四號中繼星總體主任設(shè)計(jì)師孫驥介紹，當(dāng)時嫦娥四號運(yùn)行在環(huán)月軌道，鵲橋運(yùn)行在距地球約45萬公里的地月拉格朗日2點(diǎn)Halo軌道上。為了確保它們之間通信鏈路的正常建立，鵲橋上配置的4.2米傘狀拋物面天線必須時刻精確指向嫦娥四號的航跡。在保證姿態(tài)指向的前提下，通過開啟兩個飛行器上的各類通信設(shè)備，建立X頻段的通信鏈路。

嫦娥四號和鵲橋分別在各自的軌道上高速運(yùn)行，因此通信鏈路的維持是個動態(tài)過程。孫驥說，要保證通信鏈路平穩(wěn)可靠，要求鵲橋像諸葛亮一樣，對嫦娥四號下一步的位置神機(jī)妙算，并保證自己的姿態(tài)準(zhǔn)確地指向那里。鵲橋的傘狀拋物面天線波束角極小，一個細(xì)微的姿態(tài)擾動，就會讓通信鏈路出現(xiàn)“卡頓”。這對鵲橋要求十分苛刻，既要“算得準(zhǔn)”，更要“指得準(zhǔn)”。

（原標(biāo)題 嫦娥四號落月前20多天忙啥？）