常娥4号发射 嫦娥四号为何分两次发射？嫦娥四号有何用途？

2018年，我国将在全球首次对月球背面进行史无前例的着陆探测和巡视探测。不过，为了这次探测，我国将在5月先发射一颗名叫“鹊桥”的月球中继卫星，然后在年底再发射落在月球背面的嫦娥四号探测器，这是为什么呢？这要先从月球的特性谈起。通过已发射的大量绕月探测器人类了解到，月球背面与正面存在很大差异。从整体上讲，月球表面可分为月海和月陆两大地理单元。月海主要是玄武岩，月陆主要是斜长岩。月球上共有22个月海，其中19个分布在月球的正面，月球背面只有东海、莫斯科海和智海3个月海。月球上颜色较浅的部分类似地球上的“陆地”，称为月陆，月陆比月海更古老，保留着更为原始的状态。月球背面颜色较亮，月陆居多，撞击坑分布密度也比月球正面高，地形更崎岖。其斜长岩高地可能形成于月球岩浆洋的分异结晶，这是月球形成的两大学说之一。对其开展形貌、物质组成、月壤和月表浅层结构的就位综合探测，有望获得月球最古老月壳的物质组成、斜长岩高地的月壤厚度等重要成果。

月球背面与正面

因为月球背面具有不同于月球正面的地质构造，多“山”多“谷”，所以对研究月球和地球的早期历史具有重要价值。地球上经历了多次沧海桑田，早期地质历史的痕迹早已消失殆尽，只能寄望于从月球上仍保存完好的地质记录中挖掘地球的早期历史。因此，对月球背面开展形貌、物质组成、月壤和月表浅层结构的就位与巡视综合探测，可促进对月球早期演化历史的新认知，对研究地球的早期历史也有重要价值。

月球被面地图，上面有更多的陨石坑

另外，由于被地球潮汐锁定、月球的自转与公转周期相同和天平动的作用等原因，所以在地球上永远看不到月球的背面，只有约59%的月面能被地球观测到，也就是说，月球背面41%的地方始终受月球阻挡。因此对天文学研究而言，月球背面是一片难得的宁静之地。接收遥远天体发出的射电辐射是研究天体的重要手段，称为射电观测。由于这些天体的距离遥远，电磁信号十分微弱，在地球上，日常生产生活的电磁环境会对射电天文观测产生了显著干扰，因此天文学家一直希望找到一片完全宁静的地区，监听来自宇宙深处的微弱电磁信号。月球背面可屏蔽来自地球的各种无线电干扰信号，因而在那里能监测到地面和地球附近的太空无法分辨的电磁信号，研究恒星起源和星云演化，有望取得重大天文学成果。由于受到地球电离层的干扰，在地球上难以开展频率低于10MHz的射电天文观测，而在地球轨道甚至月球正面开展的空间射电天文观测也会受到地球电离层反射和人工无线电的干扰。而月球背面屏蔽了人类活动产生的无线电干扰以及闪电、极光带来的无线电发射，因此被认为是开展低频射电天文观测的绝佳地点。利用月球背面独特的无线电环境，可开展低频射电天文观测，填补100kHz～10MHz频段天文观测的空白，有望在太阳风激波、日冕物质抛射和高能电子束的产生机理等方面取得原创性的成果，为未来对宇宙“黑暗时代”和“黎明时期”的探索打下基础。众所周知，世上很多事情都是“双刃剑”，既有利又有弊。正是由于在地球上永远看不到月球的背面，所以对月球背面进行落月探测是很困难的，因为在月球背面着陆的探测器不能直接和地球站进行无线电通信，这也正是至今全世界还没有一个国家的月球探测器在月球背面软着陆的重要原因。

“鹊桥”月球中继卫星与地球、月球的相对位置关系

怎么办？目前最好的方案就是先发射一颗月球中继卫星，用它在地球站与在月球背面着陆的探测器之间搭建一座用于通信联系的“桥梁”。为此，我国在发射嫦娥四号落月探测器之前先于今年5月用长征四号丙火箭把“鹊桥送入地月拉格朗日2点。这颗月球中继卫星距离地球约48万千米，距离月球约8万千米，预期寿命5年，而且运行非常稳定。在这个点上，可以让月球处于地球和月球中继卫星之间，使中继卫星能同时看到地球和月球，从而能保证实时通信，解决月球背面“看不见、摸不着、无法通信”的问题，为此后发射的嫦娥四号与地球站之间提供通信链路。这在世界也是第一次。有了这颗月球中继卫星，在地球上就可以对落在月球背面的嫦娥四号进行测控通信和科学数据传输了。

嫦娥四号与地球通信示意图

“鹊桥”中继卫星不仅可以将嫦娥四号着陆器和巡视器获取的科学数据传回地球，以及通过中继提供嫦娥四号软着陆及月面工作期间的测控支持。同时，它还将携带一些试验载荷，开展科学探测和新技术试验。在月球中继卫星上还装载了荷兰的低频射电探测仪。它将与位于地球上荷兰境内的LOFAR低频天文阵列等地面天文观测设施联合，首次开展43～46万千米基线的地月空间VLBI射电干涉测量实验，还将与嫦娥四号着陆器上中方研制的低频射电频谱仪之间形成干涉测量，有望对来自宇宙黑暗时代和黎明时期的21厘米氢谱线辐射进行探测，研究在宇宙大爆炸后的几千万年到一两亿年间，宇宙如何摆脱黑暗，点亮了第一颗恒星。

“鹊桥”月球中继卫星示意图.

此外，在发射“鹊桥”月球中继星时还搭载发射了2颗由哈尔滨工业大学研制的龙江一号、二号月球轨道编队飞行微卫星。龙江一号、二号是世界上首次在月球轨道形成近距离编队飞行系统，也是世界上首个星间干涉射电天文观测系统，它们将在低于30MHz的超长波段进行空间天文观测，进而打开人类认识宇宙的新窗口，探测来自宇宙深处的微弱信号，研究宇宙第一代恒星形成前的“黑暗时代”。

龙江一号微卫星

在发射了“鹊桥”月球中继卫星后，我国将在今年年底发射嫦娥四号落月探测器。

嫦娥四号任务流程