嫦娥四號著陸點
關注創建者：墨光科技 創建時間：2020-04-13
嫦娥四號著陸點的實例教程
2019年1月，中國成功地向月球的背面發射了著陸器和月球車。月球車降落在直徑為2500公里的艾特肯撞擊盆地。該盆地是太陽系中最大的撞擊結構之一。在Wolfram語言中，可以使用 Geo Graphics 可視化著陸場地和艾特肯撞擊盆地。使用浮雕圖示法可以讓著陸點周邊的地理環境更容易被展現。
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 月球正面（左）和月球背面（右）看起來截然不同（圖源：NASA）
以上，基本意味著第一個實現月球背面著陸的探測器將會收獲眾多獨特的科研成果，對世界航天和天文界都將是巨大的貢獻。
看點四：月球擋住了，信號咋辦？
既然月球擋住了背面，就要布置一顆信號中繼衛星，為著陸器做準備和全程信號支持。從上個世紀六十年代開始，NASA就一直在提設想、論證，但從未實踐過。目前，中國已經完成了這一任務：早在今年5月份，就成功部署了“鵲橋號”中繼衛星，在月球背后6.5萬公里之外的地月拉格朗日二點附近Halo軌道簇上運行。
鵲橋號中繼星與地球、月球的軌道關系（圖源：吳偉仁等）
這是人類歷史上首個月球信號中繼衛星，架起了地球和月球背后的“鵲橋”，它將全程見證嫦娥四號的探測過程，也將負責嫦娥四號的全程通信。
看點五：著陸區域到底有多復雜？
月球背面隕石坑密布、尤其南極-艾特肯盆地的地形和高程圖異常復雜，對各種配合著陸傳感器的系統要求很高。尤其是高度方面的變化速度超過了以往任何一次著陸，最大落差高達16.1千米。馮·卡門環形山屬于其中一塊核心區域，對嫦娥四號而言，相當于翻越崇山峻嶺來找它。
如果把此前探測器在月球正面的著陸情形描述為小船輕輕劃過湖面，嫦娥四號在月球背面的著陸就好比在風暴洋中沖浪，難度不可同日而語。
南極-艾特肯盆地的地形圖復雜程度遠超其他地方，圖中標注處即馮·卡門環形山（圖修改自：Garrick-Bethell and Zuber）
為了成功著陸并釋放月球車探測，所克服的難度和意義可想而知。
看點六：為什么四天就到月球，還遲遲不著陸？
嫦娥四號早在12月8日就出發，使用了我國目前深空探測的最強火箭長三乙改III型。
展開 當著陸器接近著陸點時，降落反推發動機的羽流會將著陸區中的塵埃、小石塊等物體拋射出去，導致著陸區被拋射物遮擋，對安全著陸產生重要影響。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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航天器在月球上的降落是整個探月任務中的關鍵環節。當著陸器接近著陸點時，降落反推發動機的羽流會將著陸區中的塵埃、小石塊等物體拋射出去，導致著陸區被拋射物遮擋，對安全著陸產生重要影響。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
2019年1月，中國成功地向月球的背面發射了著陸器和月球車。月球車降落在直徑為2500公里的艾特肯撞擊盆地。該盆地是太陽系中最大的撞擊結構之一。在Wolfram語言中，可以使用 Geo Graphics 可視化著陸場地和艾特肯撞擊盆地。使用浮雕圖示法可以讓著陸點周邊的地理環境更容易被展現。
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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
2018年12月8日2時23分，中國嫦娥四號探測器從西昌衛星發射中心成功起飛，開始踏上奔向月球的旅程！
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。
發射成功現場（圖源：我們的太空微博）
它對中國探月、乃至整個人類探月，到底有多大意義？本文十大看點為你全方位解讀
