“备份星”出生5年使命不凡 

　　嫦娥四号最初是作为嫦娥三号任务的备份星，两者可谓是“双胞胎”，从结构、尺寸看，二者非常相似。按照最初的计划，一旦嫦娥三号出现纰漏，就由四号接力出征。然而，今天奔向月球背面的嫦娥四号，绝不是嫦娥三号的复制品，其“五脏六腑”都已“脱胎换骨”，从某种意义上说是一次真正意义上的首飞。

　　当嫦娥三号探测器完成落月任务后，其备份嫦娥四号在任务规划上存在不少分歧。有些人认为，嫦娥四号无需冒险，还应落在月球正面。嫦娥系列各型号总指挥、总设计师顾问叶培建却认为，中国探月工程应该走一步跨一步，落到月球背面去，这是一个创举。在他和部分航天专家的坚持下，才有了如今的嫦娥四号任务。月球背面具有独特的电磁场环境和地质特征，特别适合开展低频射电探测等空间天文学研究和月球物质成分探测等科学研究；同时，月球背面着陆探测尚属国际空白，有利于增进人类对宇宙未知奥秘的认知。

　　作为备份星，产品贮存时间长，是团队在研制嫦娥四号时没法绕开的问题。中国航天科技集团有限公司八院嫦娥四号副总指挥兼副总设计师张玉花介绍，研制团队将电源分系统等产品经过验证后使用，而移动机构、桅杆机构、太阳翼基板等产品几乎与嫦娥三号同步生产，到今天已过去5年，超出了原有贮存期。

　　到底是沿用原来的产品，还是重新投产，团队决定用数据说话。先前并没有基板复合材料地面贮存这么长时间的先例，如何验证，一开始就让大家一头雾水，但团队从贮存环境、机理分析、同状态类似地面贮存产品试验验证等方面着手，结合嫦娥四号本身产品的热试验、力学试验、展开试验等性能测试、验证，确认已投产的嫦娥四号太阳翼基板经过地面贮存5年，其性能能够满足嫦娥四号任务需要，可以直接沿用。最终，按照机构产品重新研制确保产品性能可靠；结构产品经复测性能符合要求继续使用并按要求进行环境试验的方式，最大程度地兼顾了研制进度和产品质量。

　　嫦娥四号巡视器总装工人赵杰介绍说，如果要用新投的单机，需要先把原有的结构件拆分，把新投的结构件或者固定润滑的零件重新再装配，后续把所有这些实验重新补做一遍，整个周期非常长，来不得半点马虎。近百项复查、测试工作一项都不能少，一刻都不能松懈。有时，往往一次专项测试就要完成近百种情况的试验，白天黑夜连续近40多个小时不间断。

　　着陆地凹凸不平“巴掌大”　　

　　嫦娥三号着陆区是月球正面的虹湾。那里布满了月海玄武岩，地势较为开阔、平坦，位于大型撞击坑、月海、高地（山脉）交汇地区，有利于科学勘察目标的选择，也有利于与地球的通信联系。而嫦娥四号的主着陆区为月球背面靠近南极一个叫冯·卡门撞击坑的地方，这里着陆区面积比虹湾地区小了许多，因为月球背面山峰林立，大坑套小坑，很难找出再大一些、平坦一些的地方，供嫦娥四号安身，因此，嫦娥四号着陆器在凹凸不平“巴掌大”的地方着陆，难度非常大。

　　“艾特肯盆地的地形比较崎岖，撞击坑大而且分布密集，这就对探测器着陆区的选择和着陆精度提出了很高的要求。”张玉花介绍说，嫦娥三号月球正面着陆区地形起伏仅800米，而嫦娥四号月球背面着陆区地形起伏达到了6000米，简单说来，嫦娥三号落的是平原，嫦娥四号去的是山区，落的地方还可能有阴影或山形遮挡。“我们就希望巡视器能自主地走出测控或太阳的遮挡区，走到测控能够通信，或者阳光能够发电的地方。”

　　因为地形复杂，月球背面长期受到陨石的冲击，巡视器行进过程中可能面对更多挑战。为此八院团队在嫦娥三号的基础上对巡视器移动能力进行了进一步加强，特别是在应对意外状况方面，开展了多项系统试验，并把每一个试验变化分解成多个环节，逐一开展详细验证。

　　“这次在月球背面，着陆地崎岖不平，石头可能更多更大，我们大概做了12项可靠性试验，比如对石块落入车轮内部、驱动机构频繁启停、以及巡视器极限移动能力等状况均逐一测试，并形成了应对方案。”上海航天空间飞行器机构项目办副主任郑云青介绍说。   

　　休眠唤醒保存“体力”过月夜  

　　嫦娥四号发射成功后，探测器将进入地月转移轨道，随后，探测器经过在轨飞行、轨道修正、近月制动、变轨等，最终着陆月面，择机释放巡视器。

　　抵达月球后，嫦娥四号如何活动？一个月夜相当于地球上14天。同时，月夜最低温度可达到零下180摄氏度。在没有光照的漫长黑夜里，对于依靠太阳能提供能量的嫦娥四号着陆器和巡视器来说，如何依靠自身存储的能量安全度过月夜将是一个很大的挑战。

　　面对这一难题，研制人员提出了休眠唤醒的概念。当太阳缓慢地升起时，着陆器和巡视器将开始忙碌的十四天工作——着陆器在原地实施科学探测，巡视器则“东奔西走”开始探测。当月夜降临时，巡视器会为自己找好栖身之所，收起桅杆，合上太阳翼，开始休眠。一直到太阳照射到月球车太阳翼的电池片上，唤醒“沉睡”的巡视器和着陆器，开启又一次勘测。

　　“嫦娥四号采用了目前国内最先进的高效三结砷化镓太阳电池，光电转换效率从原先的28.6%提升到30.84%。”八院探月工程太阳电池电路负责人陈城介绍道。新的电池在光电转换效率、输出电压、输出电流、抗辐照能力等技术指标上均优于原电池，其可靠性也已经过多个型号的在轨及地面考核验证。“新电池降低了太阳电池片的厚度，为太阳电池‘减重’了10%。”

　　“鹊桥”等来“嫦娥”诉衷肠 

　　尽管有嫦娥一号到三号探月飞行器的成功经验，但这次嫦娥四号是首次登陆月球背面，如何给飞临月球背面的飞行器发出指令，遥控它准确着陆在预定位置，并且顺利接收传回的图像数据，是个不小的技术挑战。

　　地球上无法直接看到月球背面，也就无法和月球背面直接通信。嫦娥四号探测器在月球背面着陆后，双方需要一位“话务员”，把嫦娥四号探测到的信息，通过“话务员”传递到地球上。而这个“话务员”现在已经到位。今年5月21日5时28分，嫦娥四号中继星“鹊桥”已搭乘长征四号丙运载火箭升空。“鹊桥”的主要使命就是在月球背面和地球之间“传话”，提供中继通信。

　　有了“鹊桥”，天地对话成为可能，但地球与巡视器间的通讯时延大大增加。不同于嫦娥三号任务时科研人员可以在监控屏前实时观察到巡视器对指令的执行状况，此次从指令发出到行动图像传回至少有数分钟的延迟，对于巡视器的移动和机构活动有较明显的影响。为此，设计人员计算并设定了巡视器每项行动的最大耗时，连同每次行动指令一同发送，同时赋予巡视器一定的自主功能，以便有效应对可能的突发状况。

　　与嫦娥三号巡视器相比，嫦娥四号巡视器测控数传分系统不仅要承担与着陆器的数据通信的功能，还要与中继星进行遥测和数据传输。“测控数传分系统有5种工作模式，我们在设计中充分考虑了冗余设计，使得各设备形成热备份。大大提高了系统的可靠性。”八院测控分系统负责人汪莹介绍。

　　特派记者 叶薇