月球背面拓荒者——嫦娥四号着陆月球背面一周年

　　航天史上的今天：
　　2019 年 1 月 3 日 10 时 26 分， 嫦娥四号探测器实现国际首次月球背面软着陆，并通过“鹊桥”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图。
　　一年前的今天，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地的冯·卡门撞击坑；1 月 4 日，“玉兔二号”月球车与着陆器成功分离，分别开展科学探测；1 月 11 日，两器完成互拍成像，地面接收图像清晰完好，中外科学载荷工作正常，探测数据有效下传，搭载科学试验项目顺利开展，达到工程既定目标，标志着嫦娥四号任务取得圆满成功。2019 年 11 月，“玉兔二号”月球车实现“双三百”突破，成为世界上在月面工作时间最长的人类探测器。
　　今天，嫦娥四号已在月面工作满一周年，经历十三次月昼月夜考验，“玉兔二号”月球车在地质条件复杂的月球背面累计行驶 357.695 米。一年以来，对外发布各级科学数据超过 210GB，中外科学家团队正在持续进行深入研究，并已取得一系列重要科学发现。
　　嫦娥四号着陆器开展定点探测“静若处子”，“玉兔二号”月球车开展巡视探测“动若脱兔”，一静一动，在遥远的月球背面形成一道美丽的风景线。下面对嫦娥四号一年来经历的主要飞控事件和部分典型科学探测过程进行简要回顾。
　　<strong>“睡觉”和“醒来”——月夜休眠和月昼唤醒当</strong>
　　月夜将要来临的时候，“玉兔二号”按照预定策略行驶至休眠点，将车头转向南，固定侧太阳翼朝东。随着太阳高度角下降，气温逐渐降低，地面控制“玉兔二号”接通供热装置，引入“暖气”。月夜来临时，“玉兔二号”开始休眠设置，收拢桅杆和活动侧太阳翼，“玉兔二号”进入“梦乡”。度过 14 天后，新的月昼开始，阳光逐渐照射到“玉兔二号”上，朝东的固定侧太阳翼达到预设发电功率后，自主唤醒启动，电源接通、中心计算机开机、活动侧太阳翼和桅杆依次展开，同时“玉兔二号”与“鹊桥”中继星自主建立通信。地面驾驶员进行状态设置，“玉兔二号”进入月昼工作状态。
　　<strong>“玉兔回旋舞”——原地转向探测</strong>
　　这是“玉兔二号”在原地“画一个圈”，对月面选定地点进行 360°转向探测。行驶至预定探测区域后，依次分 8 个偏航角转动一圈，在各航向角下红外光谱仪、中性原子探测仪开机探测，避障相机成像，探测完毕后将探测数据传回地球。
　　<strong>“玉兔回眸”——车辙探测</strong>
　　车辙探测是对行驶路线上车辙压翻出来的月壤进行红外探测。地面驾驶员事先计算好转向角度，确保红外视场覆盖“玉兔二号”行驶的车辙。随后根据地面发送的指令，转向约 180°，利用红外光谱仪“回头看”，对车辙进行探测，探测完成后继续进行后续工作。
　　<strong>专注的“兔子”——定点探测</strong>
　　定点探测是“玉兔二号”在“立定”状态下，研究太阳高度角变化对月面某点的反射光谱影响。当“玉兔二号”行驶至预定地点后转向至选定航向，随后每隔两小时进行一次红外探测，适时进行红外定标和中性原子探测，在月夜来临前结束定点探测工作寻找休眠点。
　　<strong>“午休避暑”——进出月午</strong>
　　月昼的“中午”来临时，月表气温达到最高，“玉兔二号”转至车头向西，地面设置“玉兔二号”进入最小工作模式，进入月午“避暑”。随着太阳高度角下降，气温逐渐降低，降到适宜工作的温度后，地面设置“玉兔二号”退出最小工作模式，开始月昼“下午”的工作。
　　<strong>技术创新支撑嫦娥四号“奔月之旅”</strong>
　　嫦娥四号所取得的主要技术创新包括：
　　一是国际首次完成月球背面崎岖环境条件下的高精度软着陆探测。月球背面地形复杂崎岖，可选着陆区面积仅有嫦娥三号的5% 左右。为此，科研团队发明了基于近月制动和环月修正双层迭代的轨道联合控制方法，具备了多发射窗口下“定时定点”着陆在同一狭小区域的能力；同时，为解决航迹起伏高达 7 公里的安全着陆难题，设计了一种接近垂直降落的动力下降控制法，最终实现了着陆点自主选择和精确避障。
　　二是国际首次实现地月之间连续可靠的中继通信。研制了首个用于深空的轻小型、长寿命中继星和耐低温的轻质、高增益、大口径中继天线，实现零下 235 度极低温环境下的安全运行和精确指向控制；摸索出了使命轨道构型和轨道捕获方法，解决了中继星对月球背面探测器全时段稳定中继通信难题。
　　<strong>科学成果揭开月球背面神秘面纱</strong>
　　嫦娥四号四大科学目标是:月基低频射电天文观测与研究，月球背面巡视区形貌和矿物组份探测与研究，月球背面巡视区浅层结构探测与研究，以及月面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究。
　　这一年，嫦娥四号成果丰硕，意义重大。根据各科学载荷所取得的数据，科研团队重构了嫦娥四号月面下降轨迹，对着陆点进行了精确定位；获取了着陆区形貌、构造、成分等地质信息，以实验证据证明月球背面南极-艾特肯盆地(SPA)存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质，对揭示南极-艾特肯盆地地质演化乃至月壳早期演化历史、月球深部物质结构及形成机理等科学问题具有重要价值；实现了巡视区月壤分层结构的高精度成像，揭示了月壤分层结构的形成机理；获取了大量中性原子、月表中子与辐射剂量及低频射电频谱等探测数据，并取得了初步分析结果。基于上述科学研究成果，嫦娥四号任务核心科学家团队已在《Nature》《Science》等国内外期刊陆续发表 20 余篇高水平论文，产生重大学术影响。
　　这一年，也是中国探月与深空探测事业全面发展的一年。从年初嫦娥四号实现国际首次月球背面软着陆，到年末我国最先进、运载能力最大的长征五号运载火箭成功复飞，以及一年以来嫦娥四号取得举世瞩目的科研成果，探月工程四期、行星探测、重型运载火箭立项取得重大进展。中国航天人敢于仰望星空，倾心擘画着中国航天事业发展的宏伟蓝图；中国航天人也善于俯首躬行，默默耕耘着建设航天强国的广袤沃土。
　　这一年，证明嫦娥四号任务是中国始终坚持和平探索和利用太空、造福全人类的一次成功实践。后续，中国国家航天局将在平等互利、和平利用、包容发展的基础上，继续与世界人民一道，携手探寻宇宙奥秘，为人类文明和社会发展谋福祉。
　　“告别过去的成就，迎接新年的曙光，我们要做的还有很多。”国家航天局张克俭局长说。今年我国将迎来首次火星探测任务和嫦娥五号月球采样返回任务，使命光荣，责任重大。我们要万众一心加油干，在新年的曙光下描绘春天，笃定前行。正如习近平总书记在新年贺词中所说：“让我们只争朝夕，不负韶华，共同迎接 2020 年的到来。”