嫦娥四號的案例
嫦娥四號著陸月球，十大看點告訴你到底有多牛！
2013年12月2日發射的嫦娥三號和玉兔號月球車，它們能量主要依靠太陽能電池板（圖源：中國航天科技集團）
為應對夜晚過低的溫度，探測器還需要攜帶放射性同位素元素钚-238，它的半衰期長達88年，會源源不斷釋放熱量，做保溫用，嫦娥三號即是如此。與此同時，它的熱量也可以收集起來用以發電，這就是大名鼎鼎的“核電池”，太陽系的五個使者：先鋒十號、先鋒十一號、旅行者一號、旅行者二號、新視野號，皆是依靠它實現了深空之旅。
而在嫦娥四號上，中國將首次實驗自己的“核電池”技術。盡管它不是最主要的能量來源，但這個突破已經意義重大。
看點九：逆襲的備份！
嫦娥四號原本是嫦娥三號的備份版本，但毫無疑問，目前它的科學和工程目標都大大超出了前者。在嫦娥四號動力下降過程中，它需要鵲橋號配合完成全部動作，這就要求對星上傳感器和核心降落輔助設備進行全新升級。
月面微型生態圈，帶有馬鈴薯、蠶、擬南芥和生命支撐系統（圖源：重慶大學）
基于過往經驗，嫦娥四號對月球車進行了一定改進，以期延長使用壽命，擴大科研成果。太陽能帆板系統也升級為高效三結砷化鎵材料，能量來源更強勁。對嫦娥三號已有的測月雷達等設備進行升級。
此外，在科學儀器上，為充分利用月球背后的“干凈”天文觀測條件，它新增了探測中子及輻射劑量、低頻射電和中性原子等一系列設備。除了科研，它還攜帶了一個以科普為主要目標的月面微型生態圈，里面有幾種生物，也是人類首次進行月面生物實驗。
看點十：國際合作大突破
嫦娥探月工程作為中國最具標志性大型科學研究項目之一，在擴展中國航天國際影響力、甚至直接促進國際合作方面的意義對我國而言是無可取代的，而嫦娥四號任務（本質上鵲橋號中繼衛星也屬于嫦娥四號任務的一部分）更是為中國航天邁出了突破性的一步。
展開 嫦娥四號月球車全球征名 探測器公布外觀設計構型(圖)
中國國家國防科技工業局探月與航天工程中心15日在北京釣魚臺國賓館舉行儀式，正式啟動嫦娥四號任務月球車全球征名活動，并對外公布嫦娥四號月球探測器——著陸器和月球車外觀設計構型。 按照計劃，中國探月工程嫦娥四號任務將于2018年12月實施，將首次實現人類探測器在月球背面軟著陸和巡視勘察。 中國探月工程副總指揮、國家國防科工局探月與航天工程中心主任劉繼忠介紹說，承擔月球背面巡視探測任務的嫦娥四號月球車，基本繼承了嫦娥三號月球車“玉兔號”的狀態，但針對月球背面復雜的地形條件、中繼通信新的需求和科學目標的實際需要，也作了適應性更改和有效載荷配置調整。 嫦娥四號著陸器月面著陸效果圖。(國防科工局探月與航天工程中心 提供) 他希望通過開展嫦娥四號月球車全球征名活動，展示中國探月與航天工程的國家形象，增進公眾對嫦娥四號任務重大意義的深刻了解，激發全民尤其是青少年崇尚科學、探索未知、敢于創新的熱情，為實現中華民族偉大復興的中國夢凝聚力量。 據了解，中國探月工程嫦娥四號任務月球車全球征名活動，對提交名稱要求符合國家商標法的有關規定，具有時代性、延伸性和較好的文化內涵，體現中華民族的文化特征。同時，要符合中國探月工程理念和工程特點，文字簡練，便于記憶，易于傳播。征名活動將聘請航天專家、社會文化名人組成評審委員會，對提交的名稱進行篩選把關。 嫦娥四號月球車全球征名活動啟動后，將分五個階段組織實施：第一階段從8月16日至9月5日，提交名稱，函審備選；第二階段為9月上旬，組織初評，遴選十強；第三階段從9月上旬至9月30日，網絡投票評選前三名；第四階段為10月上旬，終評加權，確定三甲；第五階段為10月上旬，程序報批，公布征名結果。(完)
展開 嫦娥四號著陸器和“玉兔二號”巡視器度過月夜
1月30日20時39分，嫦娥四號著陸器接受光照自主喚醒。此前，“玉兔二號”巡視器于29日20時許完成自主喚醒。兩器在月球背面成功經受極低溫環境考驗，根據太陽高度角變化擇機自主退出“月夜休眠模式”，關鍵設備按預定程序相繼通電開機，安全度過首個月夜。此外，著陸器上配置的同位素溫差電池為月夜溫度采集器順利供電，保障該采集器于測點位置成功監測第一月夜溫度變化情況，我國探月工程首次獲取月夜溫度探測數據。
目前，巡視器位于著陸器西北約18米處。兩器正常工作，通過“鵲橋”中繼星與地面通訊和數據傳輸狀態穩定。根據第一月夜溫度探測數據，月表溫度在月夜期間最低達到-190℃。長時間低溫環境，對月球探測器“生存”形成嚴峻挑戰。此次嫦娥四號通過配置同位素熱源，在月夜期間持續為探測器供應熱量，成功解決月夜無光照和低溫難題。
月球上的一個晝夜相當于地球上約28天。在第一個月晝里，嫦娥四號著陸器、巡視器圓滿完成工程任務，科學載荷順利開機工作，由多個國家和組織參與的科學探測任務陸續展開。著陸器地形地貌相機對著陸區域進行了環拍，獲得了彩色全景圖。在第二個月晝里，著陸器和巡視器上的科學載荷將按計劃繼續開展科學探測。
展開 基于solidThinking的嫦娥四號中繼衛星斜裝動量輪支架優化設計
令人欣喜的是，由航天東方紅衛星有限公司參與研制的中國嫦娥四號中繼衛星在今年成功發射，這將有助于人類進一步揭開月球背面的神秘面紗。
本次發射的嫦娥四號中繼衛星工作軌道位于深空高軌，且還有兩個微小衛星搭載發射，動量輪支架屬于該衛星上重量較重的組件之一，為了實現減重，特對斜裝動量輪支架展開輕量化設計。
通過應用 Altair 公司的 Altair Inspire 對衛星斜裝動量輪支架進行優化及改進設計，將設計思路由原來的“先設計產品結構再校核產品性能”轉變為“先確定產品性能，再通過拓撲優化手段得出產品最終結構”，為衛星斜裝動量輪支架的結構方案選型提供了依據。
挑戰
首先，在運載發射能力受限的情況下，嫦娥四號中繼衛星的重量指標異常嚴格，因此亟需開展輕量化產品設計。對重量較重的斜裝動量輪支架的優化設計，意味著進一步提升了衛星載荷的可用重量，降低衛星發射的成本。
其次，在嫦娥四號中繼衛星上，動量輪是非常重要的姿控執行部件，其安裝精度直接影響衛星姿控。作為支撐動量輪的斜裝動量輪支架，傳統設計制造的方式是由鋁合金棒料機械加工而成的整體式薄壁零件，該結構形式的支架減重設計是在側壁上開形狀規則的減重孔及減小壁厚，存在壁厚太薄及減重孔太多時，支架加工過程容易發生變形，最終成形精度難以保證的問題。
如何實現斜裝動量輪支架減重的同時，仍滿足其機械接口、安裝約束、剛度、強度等各項指標，甚至兼顧來自拓撲優化設計結果的工藝性及美觀性？這些都是擺在衛星斜裝動量輪支架設計工程師們面前的種種挑戰。
“通過 Altair Inspire 優化設計的衛星斜裝動量輪支架，在加工完成后，安裝動量輪后在衛星上安裝。同時，
按照衛星產品的研制規范，接受了上星驗證、力學驗證、飛行驗證等各項航天級環境試驗，并隨嫦娥四號中繼
衛星成功飛行。
展開 
大片來了，嫦娥四號完成360度環拍！
來自國家航天局的消息顯示，截至1月11日8時，嫦娥四號著陸器、玉兔二號巡視器和“鵲橋”中繼星狀態穩定，各項工作按計劃實施。著陸器上配置的地形地貌相機完成了環拍，科研人員根據“鵲橋”中繼星傳回的數據，制作了清晰的環拍影像圖。科研人員根據降落相機拍攝的影像圖，完成了著陸點周圍月面地形地貌的初步分析。
1月10日零點，玉兔二號巡視器完成出月午設置，恢復工作。
嫦娥四號著陸器地形地貌相機環拍全景圖（方位投影）
嫦娥四號著陸器地形地貌相機環拍全景圖（圓柱投影）
來源：國家航天局
面向增材制造的嫦娥四號中繼衛星—斜裝動量輪支架優化設計
12月8日2時23分，我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射嫦娥四號探測器。
12月12日16點39分，嫦娥四號探測器結束地月轉移段飛行，按計劃順利完成近月制動，并成功進入100km * 400km環月橢圓軌道。
預計2019年1月3日，著巡組合體反推制動剎車準備落月，動力下降著陸月面背面。
背景介紹
一直以來，人類看到的都是月球的同一面，使我們對月球背面的場景充滿了好奇。因此，探測月球“背面”成為航天事業中的一個熱點和難點問題。令人欣喜的是，由北京航天東方紅衛星有限公司參與研制的中國嫦娥四號中繼衛星在今年成功發射，這將有助于人類進一步揭開月球背面的神秘面紗。
本次發射的嫦娥四號中繼衛星工作軌道位于深空高軌，且還有兩個微小衛星搭載發射，動量輪支架屬于該衛星上重量較重的組件之一，為了實現減重，特對斜裝動量輪支架展開輕量化設計。
展開 嫦娥四號再次月夜休眠 玉兔二號已累計行駛120米
《環球時報》記者13日從國家航天局獲悉，11日20時，玉兔二號巡視器再次進入月夜休眠模式，落月后在月面累計行駛共計約120米。嫦娥四號著陸器于同日19時完成月夜設置，進入休眠。
第二月晝期間，嫦娥四號和玉兔二號工作穩定，能量平衡，數據傳收正常。著陸器上配置的低頻射電頻譜儀、搭載的德國月表中子及輻射劑量探測儀，巡視器上配置的紅外成像光譜儀、搭載的瑞典中性原子探測儀等科學載荷重新開機，按計劃順利開展科學探測活動。巡視器全景相機對著陸器再次進行成像，獲得了著陸器彩色全景圖。
面向增材制造的嫦娥四號中繼衛星—斜裝動量輪支架優化設計
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12月8日2時23分，我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射嫦娥四號探測器。
12月12日16點39分，嫦娥四號探測器結束地月轉移段飛行，按計劃順利完成近月制動，并成功進入100km * 400km環月橢圓軌道。
預計2019年1月3日，著巡組合體反推制動剎車準備落月，動力下降著陸月面背面。
背景介紹
一直以來，人類看到的都是月球的同一面，使我們對月球背面的場景充滿了好奇。因此，探測月球“背面”成為航天事業中的一個熱點和難點問題。令人欣喜的是，由北京航天東方紅衛星有限公司參與研制的中國嫦娥四號中繼衛星在今年成功發射，這將有助于人類進一步揭開月球背面的神秘面紗。
本次發射的嫦娥四號中繼衛星工作軌道位于深空高軌，且還有兩個微小衛星搭載發射，動量輪支架屬于該衛星上重量較重的組件之一，為了實現減重，特對斜裝動量輪支架展開輕量化設計。
展開 熱控涂層、高溫隔熱屏……上硅所研制的多項關鍵材料成功應用于“嫦娥四號”
柔性薄膜熱控涂層及低溫多層隔熱組件：嫦娥四號受月球表面的晝夜溫度變化影響，溫度最低時可達零下200℃，最高可超過100℃。而探頭等單機運行溫度一般為-40~+50℃左右，一旦超出正常的溫度范圍可能會造成單機的功能失效，甚至造成單機的損壞。上海硅酸鹽所研制的低吸輻比柔性薄膜二次表面鏡為巡視器的正常工作提供溫控保障，低溫多層隔熱組件能夠保證單機的溫度保持在正常運行溫度范圍內，可以雙向隔熱，外部高溫時阻止外部熱量向內部傳遞，外部寒冷時阻止內部熱量向外部泄露。
據新華社消息，嫦娥四號探測器后續將經歷地月轉移、近月制動、環月飛行，最終實現人類首次月球背面軟著陸，開展月球背面就位探測及巡視探測，并通過已在使命軌道運行的“鵲橋”中繼星，實現月球背面與地球之間的中繼通信。
12月8日2時23分，我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射嫦娥四號探測器，開啟了月球探測的新旅程。
新華社記者 江宏景 攝
來源：中國科學院上海硅酸鹽研究所
展開 揭秘"嫦娥四號"搭載的6種生物，利用3D打印容器培養
近日，“嫦娥四號”生物科普試驗載荷項目團隊發布消息，隨嫦娥四號登陸月球背面的生物科普試驗載荷中，棉花種子首先成功發芽了，網友也紛紛留言。負責嫦娥四號生物模塊研制的重慶大學生命科學學院的專家說，和棉花種子一起上去的還有六種生物，它們都是什么？為什么會選擇這六種生物？最先發芽的又為什么是棉花種子呢？這個實驗又有什么意義？
地面同步試驗揭秘棉花先發芽的原因
1月17日，生物科普試驗載荷項目團隊發布信息，在地面封閉環境1:1對照試驗中，目前已經有四顆種子萌發，一顆棉花種子在注水三天后萌發，目前長勢良好，莖稈粗壯，另外三顆油菜種子在注水七天后萌發，目前已經能看到綠油油的葉子長出來。那么，為什么是棉花先發芽呢？
重慶大學生命科學學院博士生 鄭先喆：從月球表面載荷罐傳回來的實時溫度顯示，已經持續了幾天的高溫，35度以上的高溫，高溫下棉花是非常開心的，棉花就是一個喜高溫的植物，他在高溫下種子萌發速度更快。
在月球表面上搭載生物的罐體，內部溫度可達到35度以上，像馬鈴薯這類生物在低溫環境下才能發芽生長，但為什么還要被放進去？
生物科普載荷試驗載荷總設計師 謝更新：我們就從人類的必需品來進行選材，土豆有可能成為我們的太空主食，那么棉花穿衣服，油炒菜，所以我們也是有這方面考慮，也為我們國家甚至世界上在月面做生存或者建立月球基地做一些技術的積累。
最終搭載的棉花、油菜、土豆、擬南芥是項目團隊歷時三年，對三四十種在極端條件下生存的物種進行實驗、篩選的，與同時搭載的酵母和果蠅構成一個含有生產者、消費者和分解者的微型生態系統。
展開 嫦娥四、五號任務著陸過程中發動機羽流侵蝕月表機制研究
例如，由于大量揚塵的遮擋，阿波羅15號著陸器最終降落在約11°的斜坡上；阿波羅12號著陸器降落期間反推發動機羽流將月塵吹到附近的勘測者3號設備上，對設備的表面產生了損傷。后續探月任務中，隨著航天器著陸質量越來越大，發動機羽流產生的影響越發突出。因此，為保障后續探月計劃的順利實施，需系統研究反推發動機羽流與著陸區物質的相互作用過程，以確定著陸侵蝕過程的關鍵參數。
本研究使用圖像數據分析和流體數值模擬相結合的方法，系統分析了嫦娥五號/四 號反推發動機羽流對月表的侵蝕過程。測量了嫦娥五號反推發動機羽流在月表上的侵蝕深度和侵蝕的月壤總質量等參數，校驗了前期廣泛使用的羽流侵蝕模型，發現其與觀測數據不符。我們基于觀測數據建立了能預測氣流侵蝕發生的新空氣動力學模型。研究結果為嫦娥五號樣品分析及后期航天器著陸過程中的羽流侵蝕效應評估提供重要參考。
圖1 嫦娥五號降落相機以及月壤采樣位置
圖2 嫦娥五號反推發動機羽流侵蝕的深度
當嫦娥五號發動機的噴口離月表13.74 m時，噴口排出的羽流開始侵蝕月球表面，揚起月塵。在嫦娥五號降落相機的觀測區域內，月表被羽流侵蝕的平均深度是1.2±0.1 cm，這比嫦娥四 號羽流引起的月壤侵蝕深度大了1.7倍。侵蝕深度的差異主要由以下兩個因素造成：1）嫦娥五號反推發動機在下降最后階段的工作推力為2900 N，嫦娥四 號反推發動機在下降最后階段的工作推力為2200 N；2）嫦娥五號的侵蝕深度對應于5 s的侵蝕時間，是嫦娥四 號的3.3倍。
嫦娥五號反推發動機羽流在著陸區形成了一個半徑將近5米的侵蝕坑，侵蝕坑最大深度為1.4 cm。
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【嫦娥四號成功登月】航空航天工程師關心的六大最新仿真關鍵技術
根據新華社消息，2019年1月3日10時26分，嫦娥四號探測器自主著陸在月球背面南極-艾特肯盆地內的馮?卡門撞擊坑內，實現人類探測器首次在月球背面軟著陸。
我們特別準備本期和大家分享值得每一位航空航天工程師在2019年深入研究的六大ANSYS技術。
01
利用可擴展的燃燒和湍流模型優化發動機設計
縮短的設計周期和傳感器布局限制使航空航天工程師無法采用物理測試方法。
因此，航空航天工程師采用計算流體動力學（CFD）和化學求解器來研發新一代航空發動機。
ANSYS的燃燒產品組合非常適合開展多物理場仿真。該軟件的高性能計算（HPC）可擴展性使工程師能夠將湍流模型（如大渦仿真）運用到超過1百萬個單元的網格上。
如欲了解更多詳情，敬請參閱《反應流和燃燒》一文。
展開 【嫦娥四號成功登月】航空航天工程師關心的六大最新仿真關鍵技術
根據新華社消息，2019年1月3日10時26分，嫦娥四號探測器自主著陸在月球背面南極-艾特肯盆地內的馮?卡門撞擊坑內，實現人類探測器首次在月球背面軟著陸。
我們特別準備本期和大家分享值得每一位航空航天工程師在2019年深入研究的六大ANSYS技術。
01
利用可擴展的燃燒和湍流模型優化發動機設計
縮短的設計周期和傳感器布局限制使航空航天工程師無法采用物理測試方法。
因此，航空航天工程師采用計算流體動力學（CFD）和化學求解器來研發新一代航空發動機。
ANSYS的燃燒產品組合非常適合開展多物理場仿真。該軟件的高性能計算（HPC）可擴展性使工程師能夠將湍流模型（如大渦仿真）運用到超過1百萬個單元的網格上。
展開 月球車最強SUV: “玉兔二號”六輪全驅越野
▲圖為嫦娥四號著陸器監視相機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。著陸器上監視相機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。
嫦娥四號探測器1月3日成功落月后，工作人員按計劃開展了著陸器與巡視器分離各項準備工作，對“鵲橋”中繼星狀態、著陸點環境參數、設備狀態、太陽入射角度等兩器分離的實施條件，進行了最終檢查確認。
15時7分，工作人員在北京航天飛行控制中心通過“鵲橋”中繼星向嫦娥四號發送指令，兩器分離開始。
飛控大廳大屏幕上，嫦娥四號著陸器矗立月面，太陽翼呈展開狀態。巡視器立于著陸器頂部，展開太陽翼，伸出桅桿。隨后，巡視器開始向轉移機構緩慢移動，轉移機構正常解鎖，在著陸器與月面間搭起一架斜梯，巡視器沿斜梯緩緩走向月面。22時22分，巡視器踏上月球表面，玉兔二號在月背留下第一道印跡。
▲圖為嫦娥四號巡視器車輪。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。著陸器上監視相機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。新華社發（國家航天局 供圖）
玉兔二號，月球歡迎你！
嫦娥四號實現世界首次月球背面軟著陸，月球車全球征名活動結果也于3日揭曉：“玉兔二號”最終勝出，正式成為嫦娥四號任務月球車的名字。
▲圖為1月3日在北京航天飛行控制中心拍攝的嫦娥四號探測器展開太陽翼（示意圖）。新華社記者 金立旺 攝
身后大屏上的照片就是“嫦娥四號”著陸器上的監視相機拍攝到的“玉兔二號”巡視器在月背留下第一道痕跡的影像圖。
展開 中國月球車身懷絕技 攜十八般“武器”到處探測
對于這個11歲的孩子而言，能有機會和“探月科普營”的小伙伴們一起走進8月15日嫦娥四號月球車全球征名活動啟動儀式現場，還能和嫦娥四號月球車親密接觸，這簡直太不可思議了。
“玉兔”姊妹10月“成名”
嫦娥三號月球車是嫦娥四號月球車的“小姊妹”，前者還有一個家喻戶曉的名字叫“玉兔”，后者的昵稱該叫什么呢？這無疑是從現場的小航天迷到場外很多人在冥思苦想的問題。不過，想應征，給嫦娥四號月球車起名，必須注意征名儀式上公布的時間和程序。據介紹，從8月15日征名活動啟動之日起，參與者就可提交自己心儀的名稱。到9月上旬，從提交的名稱中遴選前十強；接下來通過網絡票選，評出前三名，在通過終評加權，確定三甲。10月上旬，按照程序報批后，公布征名結果。
如果應征成功，成為嫦娥四號月球車命名者當然是一種莫大榮耀，但是難度顯然很高，從公布的征名活動要求就可見一斑，除了提交的名稱要“符合國家商標法”的有關規定之外，還要具有時代性、延伸性和較好的文化內涵，體現中華民族的文化特征。同時，還要符合中國探月工程理念和工程特點，文字簡練，便于記憶，易于傳播。由此不難發現，深諳傳統文化，具有高超的語言文字駕馭能力和通曉探月知識信息等是在征名活動中勝出的必要條件。
溫控防護大升級
嫦娥四號月球探測器——著陸器和月球車外觀設計構型是征名儀式現場引人矚目的明星，這是其第一次在公眾面前亮相。單純從外觀來看，嫦娥四號月球車與姊妹嫦娥三號月球車“玉兔”頗為類似。對此，中國探月工程副總指揮、國家國防科工局探月與航天工程中心主任劉繼忠在現場做了說明。
劉繼忠介紹，一方面，嫦娥四號月球車基本保持了“玉兔”的相關特點；另一方面，針對月球背面復雜的地形條件、中繼通信新的需求和科學目標的實際需要等因素，它被做了適應性更改，其有效載荷配置也進行了適當調整。
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