嫦娥四號(hào)落月前繞月飛行了20多天 它都在做些什么？

嫦娥四號(hào)著陸器監(jiān)視相機(jī)C拍攝的玉兔二號(hào)巡視器走上月面影像圖。 1月3日晚間，嫦娥四號(hào)著陸器與巡視器成功分離，玉兔二號(hào)巡視器（即月球車(chē)）順利駛抵月背表面。著陸器上監(jiān)視相機(jī)拍攝了玉兔二號(hào)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 圖

1月3日，嫦娥四號(hào)成功踏足月球背面，讓中國(guó)航天又一次創(chuàng)造了人類首次。

不過(guò)，它從2018年12月12日進(jìn)入環(huán)月軌道至今，繞著月球飛了20多天才降落。許多網(wǎng)友表示不解：既然“起大早”，為啥要“趕晚集”？

不僅僅是為等天亮

有專家解釋，嫦娥四號(hào)要等著陸區(qū)天亮。月球整體光照情況顯示，嫦娥四號(hào)進(jìn)入月球軌道時(shí)，它的預(yù)定著陸區(qū)南極艾肯盆地一帶正在進(jìn)入夜晚。黑燈瞎火降落，萬(wàn)一摔跟頭怎么辦？由于一個(gè)月夜相當(dāng)于地球上的14天，所以它多飛一陣，等到落區(qū)太陽(yáng)高照時(shí)降落，當(dāng)然更加穩(wěn)妥。

但北京航天飛行控制中心軌道專家組組長(zhǎng)劉勇告訴科技日?qǐng)?bào)記者，其原因不僅于此，還跟嫦娥四號(hào)的入軌傾角與落區(qū)位置有關(guān)。

劉勇說(shuō)，嫦娥四號(hào)進(jìn)入環(huán)月軌道時(shí)，其軌道面與地月連線基本垂直，而它的首選著陸點(diǎn)——位于艾特肯盆地中部的馮·卡門(mén)撞擊坑，經(jīng)度在180度左右。這意味著當(dāng)時(shí)嫦娥四號(hào)的軌道并不經(jīng)過(guò)落點(diǎn)，其間有大約270度的偏差。這需要通過(guò)月球自轉(zhuǎn)，花費(fèi)20多天逐漸彌補(bǔ)。

有網(wǎng)友發(fā)問(wèn)：既然要等，干嘛不推遲半個(gè)月發(fā)射？這就涉及到發(fā)射窗口問(wèn)題。

記者了解到，嫦娥四號(hào)的發(fā)射時(shí)間可不是隨便選擇的，要考慮很多約束條件，使它與日、地（包括地面點(diǎn)和近地軌道）、月（包括著月點(diǎn)）的相對(duì)關(guān)系滿足任務(wù)需求。例如，奔月軌道需要調(diào)整近月點(diǎn)經(jīng)度和飛行時(shí)間，讓環(huán)月軌道臨近著月點(diǎn)上空，為登月創(chuàng)造條件；奔月飛行過(guò)程中，要考慮太陽(yáng)能帆板的受曬問(wèn)題，要求太陽(yáng)光入射方向與太陽(yáng)帆板之間的夾角保持在一定范圍內(nèi)。此外在飛行和著陸過(guò)程中，還要考慮連續(xù)測(cè)控問(wèn)題。這些約束條件有的決定發(fā)射月份，有的決定要在哪天、幾點(diǎn)發(fā)射。嫦娥四號(hào)要在月背著陸，各種約束關(guān)系特別復(fù)雜，其形成發(fā)射機(jī)會(huì)的交集只在12月8日和9日各有2次，加起來(lái)也只有幾分鐘。正所謂“過(guò)了這村就沒(méi)這店”。

中繼通信不像打電話那么簡(jiǎn)單

除了上述原因，嫦娥四號(hào)這段時(shí)間也不是“閑逛”。劉勇說(shuō)，出于工程上的考慮，嫦娥四號(hào)繞月期間一些設(shè)備需要開(kāi)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，有足夠的時(shí)間，才能讓測(cè)試更完整，準(zhǔn)備更充分。科工局消息透露，嫦娥四號(hào)進(jìn)入環(huán)月軌道以來(lái)，進(jìn)行了2次環(huán)月軌道修正，與“鵲橋”中繼星進(jìn)行了4次中繼鏈路測(cè)試，開(kāi)展了激光測(cè)距、三維成像、微波測(cè)距測(cè)速等導(dǎo)航敏感器在軌測(cè)試，為實(shí)施月球背面軟著陸做好準(zhǔn)備。

其中，中繼通信鏈路的建立是確保任務(wù)成功的關(guān)鍵之一。

記者從中國(guó)航天科技集團(tuán)五院了解到，鵲橋中繼星于2018年12月14日成功與嫦娥四號(hào)著陸器、巡視器組合體建立了前向/返向通信鏈路連接。前向鏈路指地面站將遙控指令發(fā)給鵲橋并轉(zhuǎn)發(fā)給嫦娥四號(hào)；返向鏈路指嫦娥四號(hào)將數(shù)據(jù)通過(guò)鵲橋轉(zhuǎn)發(fā)到地面。

這可不像我們平時(shí)打電話那么簡(jiǎn)單。五院嫦娥四號(hào)中繼星總體主任設(shè)計(jì)師孫驥介紹，當(dāng)時(shí)嫦娥四號(hào)運(yùn)行在環(huán)月軌道，鵲橋運(yùn)行在距地球約45萬(wàn)公里的地月拉格朗日2點(diǎn)Halo軌道上。為了確保它們之間通信鏈路的正常建立，鵲橋上配置的4.2米傘狀拋物面天線必須時(shí)刻精確指向嫦娥四號(hào)的航跡。在保證姿態(tài)指向的前提下，通過(guò)開(kāi)啟兩個(gè)飛行器上的各類通信設(shè)備，建立X頻段的通信鏈路。

嫦娥四號(hào)和鵲橋分別在各自的軌道上高速運(yùn)行，因此通信鏈路的維持是個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。孫驥說(shuō)，要保證通信鏈路平穩(wěn)可靠，要求鵲橋像諸葛亮一樣，對(duì)嫦娥四號(hào)下一步的位置神機(jī)妙算，并保證自己的姿態(tài)準(zhǔn)確地指向那里。鵲橋的傘狀拋物面天線波束角極小，一個(gè)細(xì)微的姿態(tài)擾動(dòng)，就會(huì)讓通信鏈路出現(xiàn)“卡頓”。這對(duì)鵲橋要求十分苛刻，既要“算得準(zhǔn)”，更要“指得準(zhǔn)”。

（原標(biāo)題 嫦娥四號(hào)落月前20多天忙啥？）