“嫦娥四号落月”已经成为中国航天2019年元旦开年第一件大事，嫦娥四号预计在1月3日着陆，将降落在月球南极-艾肯盆地中的冯-卡门撞击坑。作为嫦娥三号的备份星，嫦娥四号在设计上与之基本相似，由于登月地点发生了变化，那么嫦娥四号的降落程序方面也会做出一定的调整。为了顺利保障嫦娥四号任务开展，2018年5月，鹊桥号中继星发射，嫦娥四号登陆月背的硬件基本完成。从工程目标上看，嫦娥四号推动了鹊桥中继星的研发，也是首次实现地月L2点测控与中继通信，同时，嫦娥四号也将实现人类首次在月背软着陆和月面巡视探测。在携带的仪器方面，嫦娥四号首次对深空探测领域国际合作模式进行实践，比如德国基尔大学研发的中子辐射剂量探测仪、瑞典研发的中性原子探测仪等。嫦娥四号携带的月面巡视器有效载荷中也配置了全景相机，届时我们也将看到冯-卡门撞击坑内部的情景。嫦娥三号上搭载的月基光学望远镜被取消，增加了低频射电观测仪，这是根据月背环境做出的调整。也暗示我国以后可能会利用月背进行大规模射电观测，那么嫦娥四号就是这个潜在计划的先导探测器。如果这个计划顺利落实，那么很可能是人类首次在月球背面部署一个大型射电望远镜。嫦娥四号月背软着陆的技术难点在月球表面软着陆这个技术在半个世纪之前就已经实现，美苏登月竞赛中苏联以1976年月球24号作为月球任务的终结，该任务不仅成功实施月面软着陆，也带回了月球土岩样本。任务设计相当于我国探月工程即将开始实施的嫦娥五号，可从月球表面返回样本。嫦娥四号这次软着陆选择在月球背面，之前美苏从来没有尝试过的区域，这是该任务的一个亮点。月球正面有大面积的月海，但背面却不是这样，月背地形复杂，有大量的撞击坑、环形山。与嫦娥三号降落的虹湾地区相比，艾肯盆地地形普遍复杂，大面积平坦区域较少，高大的环形山较多，容易影响嫦娥四号降落时对光照、通信的要求。因此月背降落的技术难点体现在动力下降控制策略需要调整、月面巡视程序改变以及通信保障等方面。与嫦娥三号所不同的是，嫦娥四号需要在动力下降过程中要提早将中增益天线指向鹊桥号中继星，确保降落相机的数据可以传回。同时需要对导航修正策略进行优化，避免地形大幅度起伏变化影响着陆，这一点与嫦娥三号降落虹湾有非常明显的改变。在月面巡视方面，嫦娥四号着陆区位于月球南极，受着陆点太阳高度角的变化、高大山峰影响较大。降落在冯-卡门撞击坑：坑多，但有更丰富的物质冯-卡门撞击坑位于月球南极-艾肯盆地中，直径超过180公里，深度约3公里以上，形成时间超过40亿年，由物理学家冯-卡门的名字命名。冯-卡门坑的北部与莱布尼茨环形山外侧壁重叠，而且在其周围还有多个撞击坑，这些特点都暗示冯-卡门坑附近不止遭遇了一次撞击，而且存在重复撞击的现象。这说明冯-卡门坑形成过程中可能存在月幔物质通过后期岩浆喷发转移到浅层月表，周围多个撞击事件产生的溅射物也会落在冯-卡门坑内，不仅会采集到更加古老的玄武岩或月幔物质，还会采集到撞击月球的天体物质。嫦娥四号选择这里登陆，也试图在一个人类未曾全面探索的方向上进行深挖，从另一个侧面深入研究月球。同时，在嫦娥1号任务期间，月球重力场异常模型数据显示，冯-卡门坑正下方存在一个质量瘤，其形成于一次后期大型撞击事件。这也说明了冯-卡门坑具有更加复杂的矿物组分，嫦娥四号巡视器在此进行月面勘测，科学意义重大。探月工程未来方向中国探月工程也称为嫦娥工程，其目标是实现采集月球样本返回地球，历时大约20年左右，为载人登月目标做准备。目前嫦娥工程落实到二期阶段，嫦娥四号属于二期工程末端，接下来就是嫦娥五号，要实现月壤样本返回地球。嫦娥四号对月背进行探测和月面巡视，有可能引导探月工程向月背发展。因为月球正面已经美苏进行了大量勘察活动，恰恰是月球背面还没有被开发，在月背展开无人探测或者对宇宙进行射电观测，其意义更加重大，也可作为探月工程未来发展的一条路线。作者| 林文杰 川陀智库高级研究员审稿| 邵相军 紫金山天文台博士文章由腾讯科学“科普中国头条创作与推送项目”团队推出