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人类史上首次月球背面之旅:十八般“武器”共同探索

2019-01-14 08:25来源:中国青年报

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  真正的月背之旅开始了

  嫦娥四号着陆器地形地貌相机环拍全景图(圆柱投影)国家航天局供图

  玉兔二号巡视器全景相机对嫦娥四号着陆器成像。国家航天局供图

  嫦娥四号着陆器地形地貌相机对玉兔二号巡视器成像。国家航天局供图

  著名科幻作家艾萨克·阿西莫夫曾在35年前预言:到2019年,我们将重新“进军”月球。那时,不是某个国家的“单打独斗”,而是一种大规模的国际力量;不是只收集月球岩石,而是建立一个采矿站。

  阿西莫夫只说对了一半。

  此时此刻,在月球背面南极-艾特肯盆地的冯·卡门撞击坑内,来自中国的嫦娥四号和玉兔二号,正代表全人类进行首次月球背面之旅。

  不过,这次月背之旅,既不全是中国的“单打独斗”,也并非大规模的国际力量。嫦娥四号和玉兔二号身上背满了十八般“武器”,这其中有3台科学载荷,是中国分别和荷兰、德国和瑞典合作,携手共同探索月球背面的这片处女地。

  科幻作家预测得不够准确,网络世界一些不着边际的猜想,似乎更显得荒诞:汽车人、外星基地……然而让“猜想家”失望的是,截至目前,中国的第四次奔月之旅尚未发现这些现象。

  1月10日,经过近一周的“午休”,巡视器玉兔二号醒来,并于1月11日和着陆器嫦娥四号“确认过眼神”,然后两器互拍留下“美照”。此后,玉兔二号“告别”嫦娥四号,开启真正的月背之旅——科学探测。

  月背上的“国旗手”

  不少人还记得,2013年12月15日,嫦娥三号和玉兔号月球车彼此凝望,完成互拍。那一刻,它们胸前的五星红旗图案,吸引了全世界的目光。

  如今,嫦娥四号再次带着国旗在太空打上中国标识。2019年1月11日,中继星“鹊桥”号首次传回嫦娥四号携带五星红旗的清晰全景照片。

  国家航天局对外发布了照片,五星红旗清晰可见。一个疑问随之而来:月球上国旗的颜色与地面上的一样吗?

  “如果我们能够到达月球,会看到和地面上同样鲜艳的五星红旗。”航天科技集团五院510所嫦娥四号月球探测器国旗研制专家告诉记者,太阳光在穿过大气层到达地面时,人眼可以识别的可见光部分变化很小,可以认为可见光在包括月表在内的大气层外,与地面是一样的。

  唯一的区别,仅仅在于月表的可见光光照强度比地面略大一些。专家称,探测器国旗在月表对于可见光的反射情况,与地面是相同的,相应地,月球上看到的国旗颜色与地面上也是一样的。

  不过,嫦娥四号和玉兔二号身上的国旗材质,和地面上常见的国旗有着“天壤之别”。

  常见的国旗,一般由化学纤维织物、丝绸、棉布等纺织品制作,当然也有以纸张、塑料等材料制作的国旗,而月球探测器的国旗,则是由一种叫聚酰亚胺的有机高分子薄膜材料制作的。五院510所专家称,这种材料在-200℃至200℃的温度环境下都可以应用。

  在地球上,衣物不能在烈日下长时间暴晒,否则会褪色;衣物一般不能用热水洗涤,否则会变形;安放于室外的彩色广告牌经过一段时间的风吹日晒会褪色……这些现象究其原因,都是紫外线、温度等环境因素对材料的影响和破坏作用。用纺织品等制作的国旗,自然也不例外。

  月球上也会如此吗?五院510所专家给出的答案是:地面常见国旗材料无法经受月表环境考验,很快会褪色、变形、甚至分解。

  第一,月表的温差达到300℃以上,温度最低在-180℃以下,最高在130℃以上;第二,月球表面不存在大气,和空间环境即宇宙空间一样,属于真空状态;第三,月球上,太阳产生的紫外线非常强烈;最后,月球表面还存在宇宙射线和高能粒子的辐照作用。

  相比之下,地面上温差也就几十摄氏度,同时有大气层的保护,空间粒子和大部分紫外线被隔绝后,伤害已经“温柔”不少。月球上更为恶劣、苛刻的环境,对科研人员专门打造的月球国旗自然也是一种挑战。

  月背上的“摄影师”

  说到月球背面上的国旗照,自然就要提起这张照片的“摄影师”——玉兔二号。更准确点说,是玉兔二号身上携带的全景相机。

  这台相机,和嫦娥三号上搭载的全景相机是“双胞胎”,由中科院西安光机所同时研制生产。它放置在玉兔二号的桅杆上,距离月面1.5米,远远看去就像玉兔二号的“眼睛”。

  全景相机载荷主任设计师杨建峰透露,全景相机可以以桅杆为中心旋转,拍摄周边的地形地貌。相机分为黑白和彩色两种模式,分辨率和人眼相当。

  至于给玉兔二号拍照的,则是嫦娥四号身上的地形地貌相机,该载荷由中科院光电技术研究所研制。

  载荷主任设计师钟杰告诉记者,地形地貌相机安装在嫦娥四号的云台上,受云台控制,可对周围进行360°成像,获取着陆器周围的光学图像,用于月球地形地貌的科学考察。

  当然,月背上的摄影师远不止这两位。事实上,在嫦娥四号抵达月球背面之前,就有4台神秘的小相机开始工作,包括3台监视相机和1台降落相机,均来自航天科技集团五院508所。

  这4台小相机如同一个媒体团,在嫦娥四号到达月面之前,便做好了分工和准备,拍得拍,摄得摄,录得录,传得传,随时待令为全球开启“月背”探索的视觉盛宴。

  以降落相机为例,它负责“直播”降落全程。嫦娥四号着陆器要降落在月球背面的艾特肯盆地——这是月球上规模最大、最古老的撞击盆地,对它的研究有可能揭露下月壳甚至上月幔的物质状况。

  降落相机就安置于嫦娥四号着陆器的底部舱内,在着陆器降落过程中,降落相机便以较高的帧频拍照,获得大量真实的月球表面信息,这些可以直观地反映月球表面地貌特征和区域地质情况,提升人类对月球的认识。

  最让普通公众感兴趣的,还是那种身临其境的视觉冲击感。降落相机便可以获得与人类视觉习惯相近的月面景观,所传送的光学图像,可生动如实地描述着陆器降落的全过程。

  至于监视相机,名气就更大了。1月3日,嫦娥四号传回世界第一张近距离拍摄月背影像图,随即刷爆网络——那张图就是监视相机C所摄。

  监视相机一共3台,分别称为监视相机A、监视相机B、监视相机C。五院508所专家告诉记者,监视相机,主要任务是对巡视器与着陆器的释放分离过程进行全程监视,实现两器解锁、巡视器驶离连接支架、脐带电缆脱离、行驶至转移机构、释放分离等关键过程的监测,提高探测器系统月表活动的展示度。

  这些相机,只有巴掌大小,看起来与平常使用的数码相机无二,轻的三四百克,重的不过700克。

  不过按照五院508所专家的说法,这些小家伙都集成了光、机、电、热等多项先进技术和自动曝光、实时图像压缩等智能化功能,在太空恶劣的辐射、温度环境下,能承受发射时的强烈冲击和振动,更具长寿命、高可靠性能,是真正轻小便携的“航天智造”。

  月背上的“科学家”

  嫦娥四号着陆月球背面的消息发出后,人们不断追问:为何要到月球背面去,到月球背面究竟能发现什么?这些问题都有望从月球背面上的“科学家”——嫦娥四号和玉兔二号身上的科学载荷那里得到答案。

  以3台国际合作的载荷为例,中科院国家空间科学中心副主任、中科院月球与深空探测总体部主任邹永廖称,我国针对月基低频射电天文观测研究和月面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究的科学目标,搭载了低频射电探测仪、中性粒子辐射剂量探测仪、中性原子探测仪等3台载荷。

  这其中,中性原子探测仪搭载在玉兔二号身上,主要对月表的中性原子进行测量,这是中国、瑞典合作的有效载荷。

  中方首席专家张爱兵说,之所以要测量月表中性原子,主要目标就是在月表上测量太阳风和月表相互作用之后产生的中性原子,包括太阳风本身的离子获得电子后产生的中性原子,和月球表面被溅射出的中性原子。该仪器使科学家可以进一步深入研究太阳风与月表的相互作用。有科学家认为太阳风氢离子可能与月表中的氧相结合形成水,这也是研究的内容之一。

  当然,作为嫦娥三号的备份,嫦娥四号身上的不少载荷,是直接从“三姐”那里继承过来的,比如测月雷达、红外成像光谱仪。

  红外成像光谱仪是此次任务中唯一一台器上可以进行化学成分分析的设备,由中科院上海技物所研制生产。

  与相机不同,光谱仪可对每个“很窄”的带宽颜色进行成像,因而观测的尺度更加微观。这个“很窄”有多“窄”?载荷副主任设计师徐睿说,该仪器可以看到月面0.1米分辨率的月表矿物特征,同时,还能够在红外波段对目标的光谱成分进行有效探测。

  如今,随着玉兔二号醒来,这些科学载荷都已陆续开机。放眼月球背面,依旧渺无人烟,人们通过中继星“鹊桥”号所能看到的,仍只有嫦娥四号、玉兔二号,以及它们胸前闪耀着的五星红旗。

  中国青年报·中青在线记者 邱晨辉

[责编:袁晴]

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