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嫦娥四號

中國探月工程第二階段的登月探測器

嫦娥四號是中國探月工程嫦娥工程第二階段的月球探測器──嫦娥三號的備份星[8]。

嫦娥四號
Chang'e 4
嫦娥四號登陸器（上）和玉兔二號探測車（下）
任務類型月球背面著陸、探測車
運營方中華人民共和國 國家航天局
國際衛星標識符2018-103A
衛星目錄序號43845
網站cnsa.gov.cn
任務時長登陸器：預定12個月，現已2183天
玉兔二號：預定3個月[1]，現已2183天
太空飛行器屬性
發射質量3,780 公斤[2]
著陸質量登陸器：1,200 公斤[2]
玉兔二號：140 公斤[2]
酬載質量登陸器：完全展開全長 5.7 公尺, 高 4.1 公尺
玉兔二號：長 1.5 公尺, 寬 1.1 公尺, 高 1.0 公尺
任務開始
發射日期鵲橋號：2018年5月21日
登陸器與探測車：2018年12月8日
02時23分34.3666秒[3]
運載火箭長征三號乙改進Ⅲ型（遙30）
發射場西昌衛星發射中心 LA-2
地月L2點軌道器
入軌2018年7月14日[4]
月球登陸器
著陸日期2019年1月3日
10時26分[5]
（登陸器連同探測車）
著陸點南極-艾特肯盆地
馮·卡門撞擊坑
45°26′41″S 177°35′57″E / 45.4446°S 177.5991°E / -45.4446; 177.5991 (玉兔二號登陸位置)[6]
月球探測車
涵蓋距離1,596米（5,236英尺）
截至2024年5月4日 (2024-05-04)[7]
 若非特別註明，本條目所有時間皆為東八區標準時間（UTC+8）。

嫦娥四號著陸器、「玉兔二號」月球車北京時間2018年12月8日02時23分34.3666秒由長征三號乙改進Ⅲ型運載火箭（遙30）發射升空[9]。月球車上搭載中國、荷蘭、德國、瑞典、沙烏地阿拉伯等其他國家航空組織的科學儀器。12月12日16時45分，進入月球軌道[10]。2019年1月3日10時26分，嫦娥四號探測器著陸在月球背面東經177.6度、南緯45.5度附近的預選著陸區，完成世界首次在月球背面軟著陸，並通過「鵲橋」中繼星傳回世界第一張近距離拍攝的月背影像圖[11]。這是人類首次實現月球背面軟著陸和巡視勘察[12]，同時也是人類首次在月球的高緯度極地著陸[13]，也是人類首次月背與地球的中繼通信。

2019年11月26日，嫦娥四號團隊被英國皇家航空學會授予航空團隊金獎，是153年來首次向中國專案頒發獎項。[14]2020年6月，國際宇航聯合會2020年度最高獎——「世界航天獎」宣布授予嫦娥四號團隊，這是該組織成立70年以來首次授予中國科學家該獎項。此外，嫦娥四號團隊還被授予了2020年國家科學技術進步獎特等獎以及2020年度美國航天基金會金獎。

發射規劃

嫦娥四號最初是作為嫦娥三號的備份。嫦娥三號發射成功後，曾計劃不再發射嫦娥四號[15]。

2015年12月2日，國防科工局組織召開了探月工程重大專項領導小組第十四次會議，審議通過嫦娥四號任務實施方案調整報告，確定了繼續開展嫦娥四號發射任務[16]。2017年12月，探月與航天工程中心正式宣布嫦娥四號任務計劃，於2018年執行兩次發射：上半年發射鵲橋號中繼星，下半年發射嫦娥四號探測器[17]。

前期準備

為了保證月球背部與地球的通信，在嫦娥四號發射前發射了鵲橋號中繼衛星。

鵲橋號中繼星

 
鵲橋號中繼衛星是一顆服務嫦娥四號的地月間通訊中繼衛星。
主條目：鵲橋號中繼衛星

鵲橋號是全球首次發射月球專用通信中繼衛星，於2018年5月21日發射往地月拉格朗日L2點。由於月球比地球小，地球和中繼衛星之間的信號傳播幾乎無法遮擋。嫦娥一號衛星系統總指揮兼總設計師葉培建說，希望這顆中繼星壽命很長。這樣，未來幾年如果有別的國家探索月球背面，也可以得到中國中繼星的通信服務[18]。

2014年，中國探月工程三期再入返回飛行試驗器服務艙曾進入環繞地月L2點的李薩如軌道開展試驗，實現了環繞地月L2點飛行三圈，驗證了軌道設計、軌道控制和軌道維持技術[19]。

主條目：鵲橋號中繼衛星 § 搭載器具

另外，發射鵲橋號衛星的運載火箭還搭載了龍江一號與龍江二號微衛星。龍江一號在地月轉移軌道失去控制，龍江二號則完成了不少任務。

發射

2018年12月8日02時23分34.3666秒，嫦娥四號在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射[20]。此次發射任務是長征系列運載火箭的第294次發射。

2018年12月12日16時39分25秒，嫦娥四號進行了近月制動，在變推力發動機點火356秒後，順利進入近月點100公里、遠月點400公里的環月軌道。[21]

發射過程

2018年12月30日08時55分，嫦娥四號探測器在環月軌道成功實施變軌控制，順利進入預定的月球背面著陸準備軌道。[22]

著陸

 
嫦娥四號著陸點在月背的位置

著陸區

主條目：天河基地
 
著落區

著陸器的著陸時間為2019年1月3日10時26分，成功在預選的著陸區月球背面南極-艾特肯盆地（South Pole-Aitken，SPA）內的馮·卡門撞擊坑（Von Kármán）著陸，坐標是南緯45.5度，東經177.6度[23][11]。著陸點之後被命名為天河基地[24]。

玉兔二號月球車

主條目：玉兔二號月球車

著陸器攜帶著的探測車名稱於2019年1月3日公布，稱「玉兔二號」探測車[25]。1月3日15時07分，北京航天飛行控制中心通過鵲橋號中繼衛星向嫦娥四號發出著陸器與探測車分離指令，探測車開始分離，於22時22分踏上月面[26]。

截至2020年1月，「玉兔二號」月球車累計行駛357.695米。[27]嫦娥四號著陸器和「玉兔二號」月球車分別於1月2日14時11分和20時30分完成第十三月晝工作，按地面指令完成月夜模式設置，順利進入月夜休眠。

主要任務

工程目標

  1. 研製發射月球中繼通信衛星，實現國際首次地月拉格朗日L2點的測控及中繼通信。
  2. 研製發射月球著陸器和探測車，實現國際首次月球背面軟著陸和巡視探測[28]。

科學任務

研製單位

 
美國衛星拍下的登陸位置
 
嫦娥四號，人類機具首次登陸月球背面全景圖

技術規格

 
嫦娥四號著陸器背面，可見其用於與玉兔二號探測車進行兩器分離操作的斜梯
 
玉兔二號月球車模型

玉兔二號月球車長1.5米，寬約1米，高約1.1米，有兩個可摺疊太陽能電池板和六個輪子。頂部有用於地月對話的通訊天線，車身有四台相機共同工作。肩部有兩片可以打開的太陽能電池帆板，腿部有六個輪狀的移動裝置[30]。

月球車採用月晝時工作，月夜時休眠的作息模式。

相機系統

嫦娥四號相機，由其地形地貌相機研製團隊，即中國科學院西安光學精密機械研究所研發[31][32]，實際安裝了兩台相機，高度1.5米，基線長270毫米，以進行立體成像。

香港理工大學團隊開發了嫦娥四號用「相機指向系統」，其重2.8千克，長寬深 85x27x16 cm，安裝於嫦娥四號登陸器頂端[33]。該系統起雲台作用，可以自主旋轉，自由度為垂直移動120度，左右轉旋350度。

相機系統總成可以保證在-44～55℃溫度範圍內工作[34]，其完成了月球背面全景照片拍攝[35][36]，但由於自由度限制，所以沒有天頂與地心（設備自身）的樣貌。

科學儀器

搭載了以下的科學載荷，包括:

  • 由中華人民共和國研製的全景相機、紅外成像光譜儀和測月雷達，用於獲取巡視區的月表圖像、探測巡視路線上的月壤厚度和月殼淺層結構；
  • 一台與瑞典合作研發的中性原子分析儀，用於觀測巡視探測點10-10000伏特能量範圍內的能量中性原子及正離子；
  • 一台由沙烏地阿拉伯杜勒國王科技城研製[37]的小型光學成像探測儀；
  • 一台德國基爾大學研發的月表中子與輻射劑量探測儀[38]。
  • 除此之外還搭載了3項由哈爾濱工業大學、中山大學、重慶大學等中國國內高等院校所研製的科學技術試驗專案[29]。
  • 月球微型生態系統[39]，在著陸器還帶有一個由重慶大學牽頭研製的總重2.608千克為生物科普試驗載荷罐，裡面裝有種子和昆蟲卵，以測試植物和昆蟲是否可以於地球外共同生長[40][41]。該實驗載荷罐中除了馬鈴薯、油菜、棉花、擬南芥、果蠅、酵母6種生物，還有18毫升水、空氣、土壤、熱控與兩個相機，可以在零下60度到零下80度內穩定保持適宜生物生存的溫度。如果卵孵化，幼蟲會產生二氧化碳，而萌發的植物會通過光合作用釋放氧氣，希望動植物和微生物一起在容器內建立簡單的生態系統[40][42]。2019年1月3日23時18分，地面控制中心發出載荷開機指令，30分鐘後地面控制中心發送放水指令。1月5日20時，該實驗裝置中的低酚棉種子萌發，成為月球上首次長出的地球植物嫩芽[43][44]，也是整個實驗中唯一成功生長的生物，共存活了8天20小時45分鐘。1月12日，登陸地點進入月夜，載荷因無太陽能電池的電力供給而關機，實驗亦宣告結束。載荷內溫度在沒有電力保溫下會降至-170℃，因此載荷內的生物皆無法生存，並將在不久後被分解成無害有機物，永久封存在科普載荷內部[45]。

科研成果

2019年5月15日，學術期刊《自然》在線發表了中國科學院國家天文台、中科院上海技術物理研究所空間主動光電技術重點實驗室、中科院地球化學研究所的研究成果，科學家們利用嫦娥四號搭載的可視-近紅外成像光譜儀（VINS）的光譜初始觀測結果推斷出，月球表面存在的低鈣輝石和橄欖石礦物可能起源於月球地函。這也是人類首份月球背面幔源物質初步證據。[46][47]

2019年11月25日，英國皇家航空學會（英語：Royal Aeronautical Society）2019年度頒獎典禮在英國倫敦舉行，嫦娥四號任務團隊獲得本年度全球唯一的團隊金獎，該獎也是英國皇家航空學會成立153年來首次向中國專案頒發的獎項。嫦娥四號著陸器和「玉兔二號」探測車已分別結束月夜休眠期，受光照成功自主喚醒，恢復月面工作，進入第十二個月晝工作期。截至目前，嫦娥四號在月球背面的工作時長已超過300天，遠遠超出設計壽命；「玉兔二號」探測車克服月背複雜地形等障礙，行駛里程也已超過300米，實現了「雙三百」的突破[48][49][50]。

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參見

參考文獻

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外部連結

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