本文摘要：玉兔的第一行脚印：嫦娥四号着陆器监控照相机C摄制的“玉兔二号”视察器踏上月面影像图。

玉兔的第一行脚印：嫦娥四号着陆器监控照相机C摄制的“玉兔二号”视察器踏上月面影像图。国家航天局供图嫦娥四号视察器即月球车的车轮。

国家航天局供图沉寂了几十亿年的月球背面，再一步入第一位地球参观者——嫦娥四号。1月3日，嫦娥四号在飞到38万公里，长途跋涉近1个月后，顺利踏上月球背面。月球是距离人类家园最近的天体，从嫦娥奔月的神话到万户飞天的尝试，中国人对月球的神往未曾间断。

但在过去60年的人类月球观测史上，月球背面一直是一块并未被到达的处女地。（参见中国青年报2018年12月10日 1 版《“嫦娥”再行奔月 缘何向“背面”》）如今，随着嫦娥四号翩翩堕月，人类探测器第一次在月球背面软着陆。有人说道，此次任务意义堪比嫦娥三号将“嫦娥浅海广寒”传说变成现实，“堕月”是向国际领先者追上，而这一次，则是“嫦娥一小步，人类一大步”，重写了全人类的历史。

嫦娥堕月地点有何诗意？月球背面东经177.6度、南纬45.5度。中国搜月工程的堕月伟业，让这两组显得拗口的地理坐标第一次走出公众视线。

就是在此附近的复赛着陆区，即南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑，来自中国的嫦娥四号探测器顺利降落，构建了人类探测器首次月腹软着陆。对嫦娥四号来说，寻找一个适合的着陆点安家，是初入月腹的头等大事。月球背面那么大，嫦娥四号为何独独自由选择在南极-艾特肯盆地“安家”？航天科技集团五院专家告诉他中国青年报·中青在线记者，为了已完成着陆器月球软着陆观测任务，软着陆区域的自由选择应向两个方面来考虑到，也可称作“两个不利于”，即不利于科学观测目标的构建和不利于工程的实行。嫦娥四号近回国月球背面，不是为非常简单地写一句“到此一游”，而要在科学探寻上“大展拳脚”，自由选择落区不应符合其科学观测的必须。

不少人自由选择在“北上广”等地扎根，图的是大城市的非常丰富资源，嫦娥四号作为“月漂一族”，也是按照这个逻辑在月球上找寻安家地点，即自由选择在地质现象非常丰富或成熟期月壤区、矿产资源非常丰富的地区，如月海和高地的认识带上、大型山脉、典型撞击坑结构区域等。南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑就合乎这样的条件。中国工程院院士、中国搜月工程总设计师吴伟仁曾提及，冯·卡门撞击坑具备较高的科学观测价值，坑内的钍、氧化铁、二氧化钛等含量皆较高，同时物质构成的出现异常空间产于，有可能获取火山活动以及月壳活动线索，不利于积极开展月壳活动研究，并对月幔玄武岩起源研究有最重要意义。这是其一，其二就是可行性。

要办成人类首次月球背面软着陆这件大事，除了“天时”与“人和”，还要看“地利”——必需自由选择在比较平缓的区域，否则，嫦娥堕月就有可能闹得出有“翻跟头”的笑话。“通风”很差也敢。用航天科技集团五院嫦娥四号探测器系统总设计师孙泽洲的话说道，如果迫降到低纬度地区，光照条件好、能源取得充裕，但对于冷控是极大挑战；如果迫降在高纬度地区，冷触压力大大减少，但太阳能提供又受到影响。

综合考虑到多种因素，嫦娥三号按照中高纬度迫降来展开设计，嫦娥四号在月球背面降落的纬度也确认在40度～50度的范围内，孙泽洲说道：“如此既能保证探测器取得充足的能源，又能避免月昼带给的高温影响。”就这样，嫦娥四号的新家园落在了冯·卡门撞击坑内。堕月过程知道是“盲降”吗？相比于嫦娥三号，嫦娥四号的堕月可玩性更大。吴伟仁打了一个比方：月球正面相等于我国的大平原，地势平缓，但月球背面就类似于我国的西南山区，四处都是高山和撞击坑；嫦娥三号相等于在华北平原降落，而嫦娥四号则是在崇山峻岭的云贵川地区降落。

航天科技集团五院502所制导、导航系统与控制系统科研人员得出一组数字：嫦娥三号月球正面着陆区地形平缓仅有800米，着陆可供选择的区域范围长约300公里、长大约90公里，而嫦娥四号月球背面着陆区地形平缓约6000米，不能在受限的比较大的撞击坑里找寻比较平缓的方位作为着陆区。何谓“平原”，何谓“山区”，可见一斑。

某种程度艰难的是，地球方向无法必要“看见”堕月过程，所有的信息传输都必须由“鹊桥”中继星货运已完成，期间不会产生一定的延时，这对于瞬息万变的迫降过程似乎太久——这一难题，也是长期以来未曾有探测器或宇航员降落月球背面的主要原因。因此，对地面人员来说，在月球背面迫降几近是“盲降”，任务风险和压力都转交了制导、导航系统与控制系统。

嫦娥四号着陆器制导、导航系统与控制系统主任设计师、航天科技集团五院502所专家程铭说道，航天是系统工程，高风险、高难度，每一个大大小小的因素都有可能关系着整个任务的胜败，制导、导航系统与控制系统更是如此，它负责管理嫦娥四号着陆器和视察器组合体奔月、环月、堕月的整个过程的掌控，“尤其是邻近月球时的‘踩刹车’和堕月的过程，没再来的机会，对系统的可靠性具有极高的拒绝。”1月3日，程铭和团队成员一起亲眼了嫦娥四号“盲降”的全过程——首先是调头，作好上升打算，等到堕月指令后，嫦娥四号按照制导、导航系统与控制系统的指挥官，在距离月面15公里高度启动发动机开始滑行，同时调整姿态。

在距离月面8公里时，嫦娥四号变成横向上升，以后最后100米——这是和嫦娥三号堕月仅次于的有所不同。“如果说嫦娥三号是以一个抛物线的形式降落，那么嫦娥四号就几近横向降落。”按照孙泽洲的众说纷纭，这种降落方式，在15公里到8公里高度为弯曲上升，8公里之后就改回横向向上。

与之适当的是，嫦娥四号降落导航系统脆弱器的性能就必需更进一步提高。距离月面100米处，嫦娥四号稍微滑翔，在空中急了口气，待指定落脚点后，才徐徐“飞舞”了下去。

孙泽洲回应，此举是为确保落地时每只脚都不碰到石头上或坑里，滑翔即是对障碍物和坡度展开辨识，去找好理想着陆点。约10分钟后，嫦娥四号自律降落在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内。整个过程，地面人员都通过“鹊桥”中继星观赏了“直播”。不少人剪刀了一把冷汗：这其中少有风险，比如，如果上升过程中，“鹊桥”中继星的信息传输“卡住”，影响到数据上载，怎么办？程铭透漏，制导、导航系统与控制系统设计了延时数据流经功能，就是把要发送给着陆器计算机的数据，提早发送到着陆器上储存，待到着陆器上的时间和该标签完全相同时，数据之后自动流经。

如此，“鹊桥”中继星的动态数据流经，就沦为备份手段。此外，这一系统还可以自律故障诊断与重构，换句话说，万一知道再次发生了故障，系统可以自己给自己 “临床”，寻找病灶并去除病灶，通过身体各部分功能的优化再行人组，保证整体功能长时间。

如今，随着堕月顺利，嫦娥四号着陆器身上的制导、导航系统与控制系统已完成了愿景，但嫦娥四号任务还在之后，先前还有月球车的月面所在之处观测、视察观测，月昼月夜的交错等挑战，这些将考验在月球车身上的制导、导航系统与控制系统。为何“多”飞来了半个月才堕月？从2018年12月8日顺利升空，到2019年1月3日顺利降落，嫦娥四号堕月之旅历时27天。相比之下，嫦娥三号探测器于2013年12月2日升空，当月14日即顺利降落，仅有历时13天。

某种程度是堕月，为何嫦娥四号比嫦娥三号多飞来了半个月？孙泽洲得出这样的说明：科研人员期望嫦娥四号探测器着陆，所在的区域时间刚好是“白天”，以此可获得充份的太阳光能进行工作。不过，嫦娥四号第一次将近月制动器后，轨道面到着陆区上方时，已是着陆区的“晚上”。嫦娥四号要做到的，就是等月球的“白天”经常出现。

这一等就是半个月。孙泽洲说道，由于月球角速度的周期恰好是28天，即月球上的“一天”相等于地球上的一个月，一个月昼或月夜则分别相等于地球上半个月。所以在月球黑夜开始绕行月飞行中的“嫦娥四号”探测器，就必须等上约半个月。既然如此，为何不推迟半个月升空？这就牵涉到升空窗口问题。

嫦娥四号要在月球背面降落，升空机会的空集只在12月8日和9日各有两次，特一起也只有几分钟。除了“等白天”，还有一个原因倍受注目，那就是轨道调整和中继星测试。根据国家航天局发布的信息，嫦娥四号探测器飞行中过程分成升空阶段、地月移往阶段、环月阶段和动力上升阶段。12月8日，嫦娥四号探测器乘坐火箭升空；12月12日，嫦娥四号已完成“太空刹车”，转入环月轨道；12月30日，嫦娥四号在环月轨道实行变轨掌控，转入月球背面降落打算轨道。

航天科技集团五院嫦娥四号着陆器总体副主任设计师许应乔称之为，嫦娥四号与嫦娥三号在地月移往轨道运行时间非常，只是环月段时间更长，长达20多天。原因有二，一是展开月球背面上升的轨道调整，二是展开中继星的测试，从而更加准确地迫降。12月12日，嫦娥四号已完成“太空刹车”后，展开了两次环月轨道修正，与“鹊桥”中继星展开了4次中继链路测试，积极开展了激光测距、三维光学、微波测距GPS等导航系统脆弱器在轨测试，这些，都是为转入预计着陆区和软着陆做到最后打算。

如今，嫦娥四号早已张开双臂，亲吻月球背面这片陌生的土地。接下来，预示着月球车玉兔二号的脚步，它们将看见更加多不得而知风景，这些也将通过“鹊桥”中继星传到地球——这其中每一个找到，都未来将会沦为人类科学史上的第一次。

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