玉兔二号：月背的探路先锋

李潇帆宋星光武勇江安普忠

2020-03-27 14:16:42　来源：解放军报

　　玉兔二号代表人类成功造访月背

　　嫦娥四号任务位于我国探月工程“绕、落、回”三步走中的第二阶段。此前，嫦娥一号、嫦娥二号实现了第一阶段的绕月目标，嫦娥三号成功降落虹湾，成为我国第一个软着陆的无人登月探测器。2018年12月8日2时23分，长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心腾空而起，把嫦娥四号送入预定轨道，正式拉开人类探测月背的大幕。

　　2019年1月3日，嫦娥四号着陆器搭载玉兔二号到达月背，并于当年1月11日完成两器互拍，标志着嫦娥四号圆满完成任务。在此之后，玉兔二号就承担起对月背巡视探测的主要任务。作为首辆登陆月背的月球车，玉兔二号走出的每一步都在刷新人类纪录，传回的每一张照片都在开拓着人类视野。

　　仅仅降落月背，“走两步”、拍几张片子，并不能满足我们探索的欲望。操控玉兔二号进一步探测，才是北京航天飞行控制中心月球车“驾驶员”们的目标。但月背最远距离地球40多万公里，在如此长距离情况下开月球车，可不像在地面行驶那么简单，这就不得不有效利用月背遥操作技术。

　　作为控制玉兔二号的主要手段，月背遥操作技术包括感知、规划、执行、休眠、唤醒五大部分。感知就是使用月球车的导航相机对月球进行拍照成像。由于导航相机的双目结构，可以在同一时间拍摄两张照片。根据这两张照片，地面人员可以还原出月面的数字影像图，从而判断出月面地形的具体情况，包括撞击坑的宽窄、深浅，石块的大小、距离等信息。

　　在拍照感知到玉兔二号所处周围环境信息后，地面控制人员依据月面数字影像图和科学家团队确定的探测目标点，按月球车的越障、爬坡等通过能力，规划出一条月球车行驶的安全路径，并设定从起点至终点的各个导航点。这一过程，就像是在确定目的地以后，导航定位系统根据地图和所处的周围环境，规划出一条最优的抵达路线。

　　确定好路线以后，接下来就到了实施层面。北京航天飞行控制中心的遥操作人员将规划结果转换成控制指令，通过地面深空站发送到“鹊桥”中继星，再由“鹊桥”中继星将指令转发给月背的玉兔二号月球车，玉兔二号在接到指令后就会按指令完成移动工作。

　　在对玉兔二号的操作过程中，大家经常听到休眠和唤醒两个动作，从字面理解，就仿佛是生命体的生物本能。而玉兔二号实质上是一个精密的月球探测机器人，怎么也需要这样的操作？这和月球的客观环境相关。月球的一天为27个地球日左右，其中一半为白天，称之为月昼；另一半为黑天，即月夜。在月夜期间，月面温度将降至-190℃左右。在过低温度下工作，会对月球车及其搭载的科学设备造成损害。为确保玉兔二号的安全，要控制其在月夜到来前在休眠区进入休眠状态，让车体收拢桅杆和一侧太阳帆板，使用同位素温差电池对设备进行月夜保温，使之以安全姿势进入“梦乡”，即为休眠。

　　当太阳升起，月昼到来时，玉兔二号也该“起床”工作了，也就是唤醒操作。随着月球车太阳帆板受到阳光照射，当其发电功率达到一定值后，月球车将自主唤醒，并主动向中继星发出通信信号，告诉地面的“驾驶员”们：“我醒来了！”地面工作人员收到信号后，就会给它发送指令，完成唤醒状态设置。玉兔二号就这样展开了“新一天”的工作。

　　玉兔二号背后的“驾驶员”们

　　从2019年1月3日玉兔二号代表人类首次来到月背开始，至今已在月背生活了近15个月。这段时间，玉兔二号和北京航天飞行控制中心的“驾驶员”们通力合作，取得了一个又一个举世瞩目的成就，也克服了无数鲜为人知的难关。

　　2019年1月11日，嫦娥四号着陆器与玉兔二号完成了两器互拍，任务圆满而顺利。但如果细心观察可以发现，着陆器并不是正面照，而是侧着拍摄的，这其中也是有原因的。

　　1月3日落月以后，按照原定计划，玉兔二号在月面初始化后进行两器分离。但北京航天飞行控制中心主任李剑坚持要在分离之前进行环拍，确定周围环境后再行动。因为环拍会耽误时间，现场有人提出了异议，但他执意如此。当环拍图下传后，在场的人都惊出了一身冷汗：“幸亏先做了环拍！”

　　原来，着陆器周围有3个大坑，且原定的拍摄点还在北面一个巨大撞击坑内。经现场会商后，他们调整了原定的行驶方案，决定抄近道，避开撞击坑，直接朝着目标挺进。同时还修改了拍摄点，将原定位置西南的一个点作为最终拍摄点，给着陆器来个“侧颜照”。

　　在月面探测过程中，类似的随机应变还有很多，惊喜收获也有不少。2019年8月，“驾驶员”们在日常探测中意外发现了散发着彩色光芒的神秘物质，并在此后的两个月里对其进行探测；2019年国庆节前夕，“驾驶员”们操控玉兔二号遥望“泰山”，拍摄成像，祝福祖国70华诞。而此处的“泰山”，则是嫦娥四号着陆点所在冯·卡门坑内的中央峰，这是我国首次获得的“山”类月球地理实体名称的自主命名。

　　截至第15月昼，玉兔二号已经在月面累计工作423天，总行程达399.788米，早已打破了尘封49年的苏联“月球一号”在月面生存322天的纪录，成为在月球上生存最久的月球车。

　　玉兔二号的本领和新发现

　　玉兔二号身上携带有4种开展月球背面的科学探测装置，分别是全景相机、测月雷达、红外光谱仪、中子探测仪。

　　全景相机可拍摄高分辨率的月面光学影像，能够实现三维立体成像，跟随月球车对巡视区进行近距离勘测，从而进行地形地貌分析。还能依靠桅杆的左右旋转和上下俯仰，对周边环境进行360°拍摄，再拼接出整个环拍区域地形地貌的全部形态。另外，全景相机具有全色和彩色两种成像模式，两器互拍中着陆器上的五星红旗能够鲜艳夺目，便是它的功劳。

　　测月雷达可发射微波，通过电磁波对月球浅层地质结构进行探测，就好比是一台给月球做CT的设备，通过回波探测月壤的物质结构。

　　红外光谱仪由可见红外的成像光谱仪、短波红外光谱仪和定标防尘组件构成，依靠月球车的移动能力，可以在到达指定科学探测点时，对月球车前方0.7米的月表进行精细光谱信息获取，分析物质成分。

　　中子探测仪通过探测月球表面的中性原子和离子，探知太阳风如何作用于月球表面。

　　这4种装置拓展了玉兔二号的本领，在它们的助力之下，玉兔二号不断在月背取得新的突破，创造了一个又一个举世瞩目的成果。

　　截至第15月昼，着陆器利用自研同位素电源，测量了月夜期间的月表温度，世界首次获得月表最低温为-195℃，刷新了月表最低温为-180℃的国际认知。

　　赢得全世界的褒奖

　　一年多来，玉兔二号在月球上默默创造了多项纪录，吸引了世界的目光。2019年11月25日，英国皇家航空学会2019年度颁奖典礼在伦敦举行，嫦娥四号任务团队获得本年度全球唯一的团队金奖。该奖也是英国皇家航空学会成立153年来首次给中国项目颁发的奖项。

　　2019年12月5日，在东京开幕的第三届国际月球村研讨会上，“中国嫦娥四号探月任务”获得月球村协会颁发的“优秀探月任务奖”，成为该奖项首批获奖项目。

　　美国国家航空航天局也在嫦娥四号升空以来持续关注。他们利用月球侦察轨道飞行器相机，追踪玉兔二号的轨迹，还找到了龙江-2号撞月点，用另一种方式见证着中国人探索太空、创造历史的足迹。

　　今年1月11日，中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的“2019年中国科学十大进展”中，嫦娥四号实现人类探测器首次月背软着陆，“探测到月幔物质出露的初步证据”稳居榜首。

　　荣誉的背后是沉甸甸的责任，责任的背后是人类不懈探索太空奥秘的追求。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”中国航天人将在驾驭月球车“活得更久，走得更远”目标牵引下，跨越38万公里的距离，探索月背更多的奥秘。

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编辑：迟语洋

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