嫦娥四号

**嫦娥四號**是中國探月工程嫦娥工程第二階段的月球探測器──嫦娥三號的備份星。

嫦娥四號著陸器、「玉兔二號」月球車北京時間 2018 年 12 月 8 日 02 時 23 分 34.3666 秒由長征三號乙改進 Ⅲ 型運載火箭（遙 30）發射升空。月球車上搭載中國、荷蘭、德國、瑞典、沙烏地阿拉伯等其他國家航空組織的科學儀器。12 月 12 日 16 時 45 分，進入月球軌道。2019 年 1 月 3 日 10 時 26 分，嫦娥四號探測器著陸在月球背面東經 177.6 度、南緯 45.5 度附近的預選著陸區，完成世界首次在月球背面軟著陸，並通過「鵲橋」中繼星傳回世界第一張近距離拍攝的月背影像圖。這是人類首次實現月球背面軟著陸和巡視勘察，同時也是人類首次在月球的高緯度極地著陸，也是人類首次月背與地球的中繼通信。

2019 年 11 月 26 日，嫦娥四號團隊被英國皇家航空學會授予航空團隊金獎，是 153 年來首次向中國專案頒發獎項。2020 年 6 月，國際宇航聯合會 2020 年度最高獎 ——「世界航天獎」宣布授予嫦娥四號團隊，這是該組織成立 70 年以來首次授予中國科學家該獎項。此外，嫦娥四號團隊還被授予了 2020 年國家科學技術進步獎特等獎以及 2020 年度美國航天基金會金獎。

## 發射規劃

嫦娥四號最初是作為嫦娥三號的備份。嫦娥三號發射成功後，曾計劃不再發射嫦娥四號。

2015 年 12 月 2 日，國防科工局組織召開了探月工程重大專項領導小組第十四次會議，審議通過嫦娥四號任務實施方案調整報告，確定了繼續開展嫦娥四號發射任務。2017 年 12 月，探月與航天工程中心正式宣布嫦娥四號任務計劃，於 2018 年執行兩次發射：上半年發射鵲橋號中繼星，下半年發射嫦娥四號探測器。

## 前期準備

為了保證月球背部與地球的通信，在嫦娥四號發射前發射了鵲橋號中繼衛星。

### 鵲橋號中繼星

鵲橋號是全球首次發射月球專用通信中繼衛星，於 2018 年 5 月 21 日發射往地月拉格朗日 L2 點。由於月球比地球小，地球和中繼衛星之間的信號傳播幾乎無法遮擋。嫦娥一號衛星系統總指揮兼總設計師葉培建說，希望這顆中繼星壽命很長。這樣，未來幾年如果有別的國家探索月球背面，也可以得到中國中繼星的通信服務。

2014 年，中國探月工程三期再入返回飛行試驗器服務艙曾進入環繞地月 L2 點的李薩如軌道開展試驗，實現了環繞地月 L2 點飛行三圈，驗證了軌道設計、軌道控制和軌道維持技術。

另外，發射鵲橋號衛星的運載火箭還搭載了龍江一號與龍江二號微衛星。龍江一號在地月轉移軌道失去控制，龍江二號則完成了不少任務。

## 發射

2018 年 12 月 8 日 02 時 23 分 34.3666 秒，嫦娥四號在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射。此次發射任務是長征系列運載火箭的第 294 次發射。

2018 年 12 月 12 日 16 時 39 分 25 秒，嫦娥四號進行了近月制動，在變推力發動機點火 356 秒後，順利進入近月點 100 公里、遠月點 400 公里的環月軌道。

2018 年 12 月 30 日 08 時 55 分，嫦娥四號探測器在環月軌道成功實施變軌控制，順利進入預定的月球背面著陸準備軌道。

## 著陸

### 著陸區

著陸器的著陸時間為 2019 年 1 月 3 日 10 時 26 分，成功在預選的著陸區月球背面南極 - 艾特肯盆地（South Pole-Aitken，SPA）內的馮・卡門撞擊坑（Von Kármán）著陸，坐標是南緯 45.5 度，東經 177.6 度。著陸點之後被命名為天河基地。

### 玉兔二號月球車

著陸器攜帶著的探測車名稱於 2019 年 1 月 3 日公布，稱「玉兔二號」探測車。1 月 3 日 15 時 07 分，北京航天飛行控制中心通過鵲橋號中繼衛星向嫦娥四號發出著陸器與探測車分離指令，探測車開始分離，於 22 時 22 分踏上月面。

截至 2020 年 1 月，「玉兔二號」月球車累計行駛 357.695 米。嫦娥四號著陸器和「玉兔二號」月球車分別於 1 月 2 日 14 時 11 分和 20 時 30 分完成第十三月晝工作，按地面指令完成月夜模式設置，順利進入月夜休眠。

## 主要任務

### 工程目標

1. 研製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. 研製發射月球著陸器和探測車，實現國際首次月球背面軟著陸和巡視探測。

### 科學任務

* 開展月球背面低頻無線電天文觀測與研究。
* 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。
* 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。

## 研製單位

* 工程總體：國家航天局探月與航天工程中心（國家國防科技工業局探月與航天工程中心）。
* 中繼星：中國航天科技集團有限公司下轄的中國空間技術研究院。
* 探測器：中國運載火箭技術研究院。
* 運載火箭：上海航天技術研究院。
* 發射和測控任務：中國衛星發射測控系統部。
* 地面應用系統：中國科學院國家天文台。
* 有效載荷：中國科學院和中國航天科技集團有限公司。

## 技術規格

玉兔二號月球車長 1.5 米，寬約 1 米，高約 1.1 米，有兩個可摺疊太陽能電池板和六個輪子。頂部有用於地月對話的通訊天線，車身有四台相機共同工作。肩部有兩片可以打開的太陽能電池帆板，腿部有六個輪狀的移動裝置。

月球車採用月晝時工作，月夜時休眠的作息模式。

### 相機系統

嫦娥四號相機，由其地形地貌相機研製團隊，即中國科學院西安光學精密機械研究所研發，實際安裝了兩台相機，高度 1.5 米，基線長 270 毫米，以進行立體成像。

香港理工大學團隊開發了嫦娥四號用「相機指向系統」，其重 2.8 千克，長寬深 85x27x16 cm，安裝於嫦娥四號登陸器頂端。該系統起雲台作用，可以自主旋轉，自由度為垂直移動 120 度，左右轉旋 350 度。

相機系統總成可以保證在 - 44～55℃溫度範圍內工作，其完成了月球背面全景照片拍攝，但由於自由度限制，所以沒有天頂與地心（設備自身）的樣貌。

### 科學儀器

搭載了以下的科學載荷，包括:

* 由中華人民共和國研製的全景相機、紅外成像光譜儀和測月雷達，用於獲取巡視區的月表圖像、探測巡視路線上的月壤厚度和月殼淺層結構；
* 一台與瑞典合作研發的中性原子分析儀，用於觀測巡視探測點 10-10000 伏特能量範圍內的能量中性原子及正離子；
* 一台由沙烏地阿拉伯杜勒國王科技城研製的小型光學成像探測儀；
* 一台德國基爾大學研發的月表中子與輻射劑量探測儀。
* 除此之外還搭載了 3 項由哈爾濱工業大學、中山大學、重慶大學等中國國內高等院校所研製的科學技術試驗專案。
* 月球微型生態系統，在著陸器還帶有一個由重慶大學牽頭研製的總重 2.608 千克為生物科普試驗載荷罐，裡面裝有種子和昆蟲卵，以測試植物和昆蟲是否可以於地球外共同生長。該實驗載荷罐中除了馬鈴薯、油菜、棉花、擬南芥、果蠅、酵母 6 種生物，還有 18 毫升水、空氣、土壤、熱控與兩個相機，可以在零下 60 度到零下 80 度內穩定保持適宜生物生存的溫度。如果卵孵化，幼蟲會產生二氧化碳，而萌發的植物會通過光合作用釋放氧氣，希望動植物和微生物一起在容器內建立簡單的生態系統。2019 年 1 月 3 日 23 時 18 分，地面控制中心發出載荷開機指令，30 分鐘後地面控制中心發送放水指令。1 月 5 日 20 時，該實驗裝置中的低酚棉種子萌發，成為月球上首次長出的地球植物嫩芽，也是整個實驗中唯一成功生長的生物，共存活了 8 天 20 小時 45 分鐘。1 月 12 日，登陸地點進入月夜，載荷因無太陽能電池的電力供給而關機，實驗亦宣告結束。載荷內溫度在沒有電力保溫下會降至 - 170℃，因此載荷內的生物皆無法生存，並將在不久後被分解成無害有機物，永久封存在科普載荷內部。

## 科研成果

2019 年 5 月 15 日，學術期刊《自然》在線發表了中國科學院國家天文台、中科院上海技術物理研究所空間主動光電技術重點實驗室、中科院地球化學研究所的研究成果，科學家們利用嫦娥四號搭載的可視 - 近紅外成像光譜儀（VINS）的光譜初始觀測結果推斷出，月球表面存在的低鈣輝石和橄欖石礦物可能起源於月球地函。這也是人類首份月球背面幔源物質初步證據。

2019 年 11 月 25 日，英國皇家航空學會 2019 年度頒獎典禮在英國倫敦舉行，嫦娥四號任務團隊獲得本年度全球唯一的團隊金獎，該獎也是英國皇家航空學會成立 153 年來首次向中國專案頒發的獎項。嫦娥四號著陸器和「玉兔二號」探測車已分別結束月夜休眠期，受光照成功自主喚醒，恢復月面工作，進入第十二個月晝工作期。截至目前，嫦娥四號在月球背面的工作時長已超過 300 天，遠遠超出設計壽命；「玉兔二號」探測車克服月背複雜地形等障礙，行駛里程也已超過 300 米，實現了「雙三百」的突破。

## 參見

* 嫦娥工程
  * 嫦娥一號
  * 嫦娥二號
  * 嫦娥三號（玉兔號），2013 年
  * 嫦娥五號（探月工程三期再入返回飛行試驗器）
* 嫦娥
* 月球 3 號 - 第一艘拍攝月球背面的飛船，在 1959 年 10 月 7 日拍攝
* 祝融號
* 太陽系探測器列表
  * 月球探測任務列表

## 參考文獻

## 外部連結

* 維基共享資源上的相關多媒體資源：嫦娥四號
* （英文）中國的嫦娥四號降落在月球的背面，拍攝了第一張照片 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） － 《天文學 (雜誌)》
* （英文）The scientific objectives and payloads of Chang'E4 mission （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）