嫦娥四号

嫦娥四号

中國探月工程二期發射的月球探測器
嫦娥四号(Chang'e4),是中國探月工程二期發射的月球探測器,也是人類第一個着陸月球背面的探測器;實現了人類首次月球背面軟着陸和巡視勘察,意義重大,影響深遠。嫦娥四号于2018年12月8日發射升空;于2018年12月12日完成近月制動,被月球捕獲;于2019年1月3日在月球背面預選區着陸;于2019年1月11日與玉兔二号完成兩器互拍工作[1]。截至2021年9月29日,在祖國72華誕來臨之際,嫦娥四号着陸器與玉兔二号月球車在軌工作突破1000天,繼續刷新月球背面工作記錄。嫦娥四号着陸器與玉兔二号月球車整體工況良好,載荷工作正常,持續開展科學探測。[2]2022年1月3日消息,嫦娥四号着陸三周年,累計獲得探測數據3780GB。
  • 中文名:嫦娥四号
  • 外文名:Chang'e 4
  • 所屬品牌:
  • 所屬國家:中國
  • 發射日期:2018年12月8日02時23分
  • 着陸日期:2019年1月3日10時26分
  • 着陸地點:南極—艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑
  • 總設計師:孫澤洲

研制運行

2015年11月30日,國家國防科技工業局組織召開探月工程重大專項領導小組第十四次會議,審議通過嫦娥四号任務實施方案調整報告、研制總要求及後續總體研制計劃。

2016年1月14日,嫦娥四号任務通過探月工程重大專項領導小組審議,并進行實施。

2018年4月24日,嫦娥四号中繼星定名為“鵲橋”。

2018年5月21日,我國在西昌衛星發射中心用長征四号丙運載火箭,成功将探月工程嫦娥四号任務鵲橋号中繼星發射升空。

2018年5月25日,探月工程嫦娥四号任務“鵲橋”中繼星成功實施近月制動,進入月球至地月拉格朗日L2點的轉移軌道。

2018年6月14日,探月工程嫦娥四号任務“鵲橋”中繼星成功實施軌道捕獲控制,進入環繞距月球約6.5萬公裡的地月拉格朗日L2點的Halo使命軌道,成為世界首顆運行在地月L2點Halo軌道的衛星。

2018年6月14日,中繼星“鵲橋”進入使命軌道。

2018年8月15日,嫦娥四号對外公布着陸器和月球車外觀,并對全球進行征名活動。

2018年10月25日,國家國防科技工業局探月與航天工程中心和中科院月球與深空探測總體部在京聯合組織召開嫦娥四号任務科學研讨會。

2018年12月8日,嫦娥四号發射升空。

2018年12月12日,嫦娥四号完成近月制動,被月球捕獲,進入了近月點約100千米的環月軌道。

2018年12月30日,嫦娥四号探測器完成實施環月降軌控制工作。

2019年1月3日,嫦娥四号着陸月球背面,随即着陸器與巡視器分離,進行就位探測和巡視探測工作;同日,嫦娥四号公布月球車征名活動結果,命名為“玉兔二号”。

2019年1月11日,嫦娥四号與玉兔二号完成兩器互拍工作。

2019年1月14日,嫦娥四号和玉兔二号探測器陸續進入了休眠狀态。

2019年3月30日,嫦娥四号喚醒,中繼前返向鍊路建立正常,平台工況正常。

2019年6月9日,嫦娥四号完成月夜設置,進入第六月夜休眠期。

2022年1月15日,嫦娥四号探測器再次進入月夜休眠,各系統狀态良好。

飛行任務

飛行計劃

1、提前發射中繼星,并使其進入預定軌道,後通過火箭發射嫦娥四号。

2、嫦娥四号完成地月轉移、近月制動、環月飛行任務。

3、在月球背面軟着陸、開展月球背面就位探測及巡視探測;4、通過已在實名軌道運行的中繼星,實現月球背面與地球直徑的中繼通信。

主要任務

1、開展月表地形地貌與地質構造、礦物組成和化學成分、月球内部結構、地月空間與月表環境等探測活動,建成基本配套的月球探測工程系統。

2、對月球背面,尤其是太陽系内已知最大的隕石坑進行探測。

3、嘗試月球背面的中繼通訊。

4、進行世界首次低頻射電天文觀測。

任務目标

•t工程目标

1、研制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、研制發射月球着陸器和巡視器,實現國際首次月球背面軟着陸和巡視探測。

•t科學目标

1、開展月球背面低頻射電天文觀測與研究;

2、開展月球背面巡視區形貌、礦物組份及月表淺層結構探測與研究;

3、試驗性開展月球背面中子輻射劑量、中性原子等月球環境探測研究。

任務特點

1、嫦娥四号需在月球背面完成科學目标。

2、嫦娥四号任務的工程目标鎖定在兩個“首次”。

3、嫦娥四号攜帶8台有效載荷帶往月球背面馮·卡門撞擊坑。

4、嫦娥四号需應對月球背面崎岖的地形,實現難度較大的精确控制。

5、嫦娥四号需通過中繼衛星,實施與地面的通信信号“接力”,方可與地球聯系。

着陸數據

2022年1月3日消息,2019年1月3日,嫦娥四号探測器成功着陸在月球背面南極-艾特肯盆地内的馮卡門撞擊坑底部,開展人類曆史上首次月背探測。據探月與航天工程中心公布的數據,嫦娥四号鵲橋中繼星在軌飛行1322天;巡視器、着陸器月背工作1096天;累計獲得探測數據3780GB;玉兔二号月球車行程992.33米。2022年1月6日,玉兔二号月球車行駛裡程突破1000米,達到1003.9米。目前處于第38月晝工作期,工況正常。

國際合作

2022年3月3日,月球探測工程地面應用系統公開發布嫦娥四号第十二批國際合作載荷科學數據。

技術狀态

嫦娥四号任務由工程總體及探測器、運載火箭、發射場、測控、地面應用五大系統組成。

主要系統

探測器系統的主要任務是研制嫦娥四号月球探測器,嫦娥四号探測器由中繼星、着陸器和巡視器組成。

名稱

介紹

概念圖

中繼星

命名為“鵲橋”。根據嫦娥四号月球背面軟着陸探測任務的需求,鵲橋與運載火箭在地月轉移軌道分離後,需要利用自身的推進系統實現到地月L2平動點的轉移,完成繞地月L2平動點暈(Halo)任務軌道的捕獲和修正,并在該軌道上長期穩定運行;鵲橋要提供月球背面的嫦娥四号着陸器、巡視器與地面站之間的前向/返向的時和延時中繼通信,衛星的在軌工作壽命要達到3年以上。

着陸器

嫦娥四号着陸器任務過程包括:發射段、地月轉移段、環月段、動力下降段、月面工作段5個部分,在前三個階段,測控通信系統通過直接對地鍊路完成測控任務。

後兩個任務階段需在月球背面執行,需要中繼衛星為其提供中繼轉發服務,配合完成相關探測任務。

巡視器

命名為“玉兔二号”。嫦娥四号巡視器的總體方案繼承了嫦娥三号巡視器的方案,分為移動、結構與機構、制導導航與控制(GNC)、綜合電子、電源、熱控、測控數傳和有效載荷共8個分系統。巡視器的構型仍為箱闆式結構,巡視器移動狀态的構型。

運載系統

運載火箭系統的主要任務是研制長征三号乙運載火箭,在西昌衛星發射中心發射。

發射系統

由西昌衛星發射中心組織實施,承擔嫦娥四号發射任務。

測控系統

測控系統的主要任務是運載火箭、探測器在各飛行階段及探測器在月面工作階段的測控、軌道測量與确定、月面目标定位以及落月後着陸器和月面巡視器的控制。

地面應用

負責嫦娥四号探測器科學探測計劃制定、有效載荷運行管理,并通過中繼星接收着陸器和巡視器探測數據。

技術成果

關鍵技術

1、采用新型設計方案,為核心部件石英撓性加速度計打造全新的配套電路,提高了其可靠性。

2、γ關機敏感器在近月環境下精确測距,精準關閉軌道控制和姿态控制發動機,有效保障嫦娥四号的首次月背軟着陸的成功。

3、采用連接解鎖機構,讓玉兔二号與嫦娥四号着陸器精準分離,踏上月球開展科研任務。

4、定制了兩種電動機,一種用于車輪驅動和轉向驅動的電動機,另一種則用于機械臂分系統關節驅動的電動機。

5、提供聲表面波器件産品、晶體元器件産品、蓄電池組、連接器、繼電器、金屬軟管、緊固件等核心技術,建立了全壽命、可追溯、可跟蹤的電子檔案。

技術創新

1、首次實現月球背面軟着陸與巡視探測;

2、首次實現月球背面與地球的中繼測控通信;

3、首次實現當時月球背面着陸器和月球軌道微衛星的甚低頻科學探測,運載火箭多窗口、窄寬度發射和入軌精度達到國際先進水平;

4、首次進行超地月距離的激光測距技術試驗;

5、首次在月面開展生物科普展示;

6、首次開展國際合作載荷搭載和聯合探測。

科學試驗

1、利用測月雷達就位探測數據,首次揭示了月球背面着陸區域地下40米深度内的地質分層結構,闡述了其物質組分與演化機制。

2、利用紅外成像光譜儀的就位光譜探測數據,成功揭示了月球背面的物質組成,驗證了月幔富含橄榄石,加深了人類對月球形成與演化的認識。

3、利用中性原子探測儀對月表環境能量中性原子的探測數據,得到了能量中性粒子在月球表面通量能譜,證實了能量中性粒子的能量與入射太陽風的速度有很強的相關性。

科研成果

月球背面巡視區形貌和礦物組份研究

1、利用“玉兔二号”月球車搭載的可見和近紅外光譜儀、全景相機及測月雷達等數據,對着陸區光譜、石塊分布、淺層結構等進行分析,獲得着陸區形貌,物質礦物組成、來源及特性等科學結論。

2、首次通過原位探測直接得到月球深部物質組成,揭示月球背面,特别是南極艾特肯盆地複雜的撞擊曆史,對月壤的形成與演化模型提供關鍵證據,為日後南極着陸和巡視探測選址等提供重要參考。

月球背面巡視區月表淺層結構研究

1、根據嫦娥四号着陸器測月雷達和相機數據以及其他多源數據,研究建立嫦娥四号着陸區地層剖面及多期次濺射物覆蓋關系。

2、着陸區濺射物累加厚度約70米,表面為芬森撞擊坑濺射物;在巡視區深度40米範圍内,存在3種不同地層單元,包括12米範圍内的細粒月壤層、12米至24米的碎石層和24米至40米的濺射物沉積和風化産物層。

結果首次揭開月球背面地下結構的神秘面紗,極大地提高人類對月球撞擊和火山活動曆史的理解,為月球背面地質演化研究帶來新的啟示。

月面中子及輻射劑量、中性原子研究

1、利用嫦娥四号着陸器月表中子與輻射劑量探測儀和中性原子探測儀探測數據,獲得月表高能粒子輻射環境譜、月表中性原子能譜結構和反照率。

2、月表中子輻射劑量率比空間站内部高1至2倍,輻射劑量當量高1倍左右。證實初級銀河宇宙射線撞擊月球表面,産生反照質子(最早在美國環月軌道器上被發現,此次在月表得到了實地驗證)。

3、成果為開展太陽風與月表微觀相互作用研究提供重要支撐,促進對月表輻射風險的認知,為未來月球航天員所受月表輻射危害估算及輻射防護設計提供重要參考。

月基低頻射電天文觀測與研究

1、利用嫦娥四号着陸器平台的低頻射電頻譜儀,在月球背面首次成功開展低頻射電天文觀測,獲得大量有效觀測數據。

2、初步獲取40兆赫頻率以下的月背着陸區電磁環境本底頻譜和低頻射電三分量時變波形數據,對于研究太陽低頻射電特征和月表低頻射電環境具有重要科學意義。

榮譽表彰

項目(團隊)名稱t所獲獎項

中國嫦娥四号探月任務t2019年度第三屆國際月球村研讨會優秀探月任務

020年度美國航天基金會金獎

嫦娥四号任務團隊t2019年度英國皇家航空學會團隊金獎

嫦娥四号工程t2020年國家科學技術進步獎特等獎

任務意義

嫦娥四号任務的立項實施是黨中央對發展航天事業、建設航天強國作出的重大決策,是落實總書記“推動空間科學、空間技術、空間應用全面發展”指示精神的具體行動,是備受世界矚目的中國航天重大工程,是航天領域開放合作的示範工程,是月球探測領域承上啟下的标志性工程,具有重大政治意義和現實意義。(時任國家國防科技工業局副局長張克儉評)

嫦娥四号任務的圓滿成功,在人類曆史上首次實現了航天器在月球背面軟着陸和巡視勘察,首次實現了地球與月球背面的測控通信,在月球背面留下了中國探月的第一行足迹,揭開了古老月背的神秘面紗,開啟了人類探索宇宙奧秘的新篇章。(中華人民共和國中央人民政府評)

路線圖

嫦娥四号巡視器前41月晝行駛路線圖

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