成功！嫦娥四号成为人类首个在月球背面软着陆的探测器

孟良 · 发表于: 2019-1-3 14:09:34

嫦娥四号的着陆地点位于月球背面南极区域的冯·卡门环形山，直径约180公里，形成于约40亿年前。环形山南部区域相对平坦，适合探测器着陆。

2019年1月3日上午10点26分，中国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆，成为人类首次在月球背面软着陆的探测器，首次实现月球背面与地面站通过中继卫星通信。嫦娥四号将对月球背面环境进行研究，对月球背面的表面、浅深层进行研究，进行低频射电天文观测等。

一、嫦娥四号如何降落在月球背面？

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2018年12月8日发射后，嫦娥四号很快达到了第二宇宙速度，直奔月球而去。在经过6天的飞行之后，12月12日就来到了月球附近，并且实施了近月点“太空刹车“，并成功被月球的引力捕获，进入距月面平均高度约100公里的环月轨道。

2018年12月30日，在地面工作人员的遥控下，嫦娥四号又实施“太空刹车”，由距月面平均高度约100公里的环月轨道，成功进入近月点高度约15公里、远月点高度约100公里的椭圆环月轨道，为择机着陆做准备。

孟良 · 发表于: 2019-1-3 14:10:56

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2019年1月3日，在高度15公里的轨道上，嫦娥四号上的发动机反推刹车，减小轨道速度，进入动力下降阶段。由于月球上没有空气，只能采用火箭发动机反推的方式徐徐下降。如上图所示，动力学下降阶段可分为以下步骤：

通过主减速阶段使嫦娥四号轨道速度降低，并下降至8公里的高度；

通过快速调整期进入落月姿态；

在反推火箭发动机的托举下，逐渐下降高度至100米，稍作悬停，对着陆区域进行检测寻找安全的落点；

进入躲避障碍阶段，最后30米缓速落月。

相对于嫦娥三号，嫦娥四号着陆区地形复杂，难度更大。

孟良 · 发表于: 2019-1-3 14:11:19

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在降落到目标区域后，着陆器和巡视器组合体要完成一系列步骤：着陆器太阳能帆板打开，着陆器转移机构解锁展开，巡视器太阳帆板、桅杆展开，巡视器移动到着陆器转移机构上，着陆器转移机构解锁、下降，巡视器从着陆器转移到月面，完成两器互拍后分别展开探测工作。

孟良 · 发表于: 2019-1-3 14:11:51

二、嫦娥四号降落在月球背面什么位置？

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冯·卡门环形山位于月球背面的位置

嫦娥四号的着陆点位于月球背面南极的冯·卡门环形山（Von Kármán crater），冯·卡门环形山是一座巨大的古撞击坑，直径大约180公里，形成于约45.5亿-39.2亿年前，以著名的匈牙利裔美籍工程师西奥多·冯·卡门（Theodore von Kármán）的名字命名。值得一提的是，冯·卡门是钱学森的导师。在刚刚形成的时候，冯·卡门环形山内曾经流淌着岩浆，导致南部区域非常平坦。环形山中心区域有一个小山峰，该山峰与北部崎岖的地形相连。

孟良 · 发表于: 2019-1-3 14:12:13

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NASA月球轨道勘测飞行器（LRO）拍摄的冯·卡门环形山

冯·卡门环形山位于更大的艾特肯盆地（Aitken basin）中，它以美国宇航员罗伯特·格兰特·艾特肯的名字命名。该盆地直径大约2500公里，深13公里，从坑底最深处到最高处落差大约16公里，这是太阳系内已知的最大、最古老的撞击坑。其90%的面积都分布在月球背面，只有一小部分在月球正面。该盆地保存了原始月壳的岩石，收集这个区域岩石的数据可以帮助科学家们更好地理解月球的组成，具有极高的科学研究价值。

孟良 · 发表于: 2019-1-3 14:12:37

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艾特肯盆地盆地直径大约2500公里，相比之下，月球的直径仅3500公里可见其巨大。红色代表高海拔地区、蓝色为低海拔地区（伪彩图）

为了保证嫦娥四号平稳降落，着陆地点必须要足够平坦。此外，还要有适合的光照，冯·卡门环形山所在的纬度既能够保证有充足的光照，又不至于被炽热的阳光直射。由于是在月球背面着陆，在着陆器动力下降的过程中是无法与地球直接通讯的，要依靠“鹊桥”中继卫星进行信号转接工作。

孟良 · 发表于: 2019-1-3 14:13:00

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月球背面与月球正面的地形有很大不同。在月球的正面，分布有大量的月海，占正面总面积的31%。月海并不是月球上的海洋，而是指月面上比较低洼的平原，就是用肉眼能够看到的那些黑暗色的斑块。阿波罗11号宇航员就在名叫“静海”的地方登陆。在月球背面则布满了大大小小的环形山，月海面积仅占1%。1968年，阿波罗8号宇航员William Anders在飞过月球背面时这样形容他看到的景象：月球的背面看起来就像是我家孩子们玩了一段时间的沙堆，到处坑坑洼洼，乱糟糟一片。

孟良 · 发表于: 2019-1-3 14:13:38

本帖最后由孟良于 2019-1-3 14:19　编辑：

三、月球为什么有个背面？

要想解释清楚月球为什么有个背面，就要从潮汐力讲起。当我们在海边的时候，就能直观看到潮涨潮落现象，这是由于太阳和月球对地球的潮汐力。当潮水进入喇叭口的地形中，水位上涨更加明显，例如我国钱塘江大潮。

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由于月球比太阳近得多，对地球的潮汐力大约是太阳的两倍，因此我们着重考虑月球对地球的潮汐力。地球和月球其实可以看做一个双星系统，月球的非均匀引力场加上地球绕系统质心的转动，使得地球靠近月球的一侧和远离月球的一侧都会隆起一个“鼓包”，这两个“鼓包”都会对地球自转有刹车作用，这也是为什么地球会越转越慢的原因，过几年就会增加一个闰秒。同理，地球的潮汐力以同样的方式作用到月球，使月球的自转逐渐变慢，最终使得自转周期等于公转周期，不再继续变慢，这种现象在天文学上叫“潮汐锁定”。

孟良 · 发表于: 2019-1-5 12:39:37

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孟良 · 发表于: 2019-1-5 12:39:57

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