人類首次！嫦娥四號成功著陸月球背面！它是怎樣實現「自動駕駛」的？

科技日報記者 付毅飛

2019年1月3日10時26分，嫦娥四號探測器自主著陸在月球背面南極-艾特肯盆地內的馮·卡門撞擊坑內，實現人類探測器首次在月球背面軟著陸。

記者從中國航天科技集團五院了解到，相比嫦娥三號，嫦娥四號的落月難度更大。一方面，嫦娥三號著陸區地形起伏僅800米，堪稱「平原」；而嫦娥四號著陸區地形起伏達到6000米。更重要的是，嫦娥四號與地面交流需要通過鵲橋中繼衛星中轉，其間會產生約60秒的延時，這對於瞬息萬變的降落過程顯然太久。因此落月全程需要由它自主完成。

GNC系統控制落月全程

嫦娥四號的成功落月，將我國航天器制導、導航與控制（GNC）技術提升到了新的高度。

由五院502所研製的GNC系統，負責嫦娥四號奔月、環月、落月整個過程的控制，特別是近月制動和落月的過程，沒有重來的機會，對系統可靠性有著極高要求。

（來源：新華網）

地形崎嶇使得此前嫦娥三號的飛行軌跡無法適用，不可見又導致關鍵階段地面支持能力有限。在充分研究月面預定著陸區地形特點基礎上，502所科研團隊設計了適應新地形的落月軌跡方案。為減少對地面的依賴，他們修改了原有設計，大大提高了系統的穩定性和在危急狀況下的生存能力；同時完善了故障應對措施，將原本依賴人工處理的故障預案全部放手交給著陸器自行決斷，大大提高了故障應對速度。

測距測速感測器提供精確信息

正如我們開車時需要行車雷達和倒車雷達輔助，引導嫦娥四號落月的GNC系統也需要各種探測器提供測量參數。五院研製的測距測速敏感器，通過精確把握速度和距離信息，為嫦娥四號安全降落提供了支持。

根據嫦娥四號著陸環境的特點，科研團隊對此前嫦娥三號的測距測速敏感器進行了升級和優化。為此他們多次開展吊車試驗和校飛試驗，通過模擬的方式驗證感測器性能是否滿足需求。

嫦娥四號探測器巡視器（左）、著陸器（右）、中繼星「鵲橋」（上）示意（來源：中國航天科技集團）

等來落月指令後，嫦娥四號按照GNC系統的指揮，在距離月面15公里高度「定時定量」啟動發動機開始減速，在邊飛邊降的同時迅速調整姿態。在距離月面8公里時，嫦娥四號變為垂直下降，直至最後100米。為了保證著陸時不會掉進坑裡或踩到石頭，它懸停在空中緩了口氣，待選定落腳點後，才緩緩「飄」了下去，整個過程大約耗時10分鐘。

著陸緩衝機構防止落地時「閃腰」

雖然嫦娥四號不怕黑、不恐高，卻擔心在著陸瞬間「閃了腰」。為此五院給它研製了4條強有力的「腿」，不僅能讓它穩穩著陸，還能有效吸收著陸時產生的衝擊力，防止它身上的設備被震壞。

嫦娥四號著陸器（來源：中國探月工程）

嫦娥四號的腿學名叫「著陸緩衝機構」。每條腿都包含1個主腿和2個副腿，各有分工。著陸前，副腿推著主腿向外側展開，鎖定在規定角度；主腿負責在著陸時安全支撐、吸收衝擊力。為了在減輕重量的同時保證強度，主腿和副腿的外殼被設計成又長又薄的圓筒，採用了強度極高的鋁合金材料，其中還填充有緩衝蜂窩材料。研製期間，五院技術人員攻克了多項工藝製造難題。

在嫦娥四號的腿上，還長著臉盆一樣的圓形大腳掌，這種設計可以更好地防止它在著陸時摔倒。大腳掌外觀簡單，內部構造卻十分複雜。其中央裝有一個形狀特別的金屬結構，如同足弓，可以有效分散衝擊力。腳掌里還填充了緻密的蜂窩材料，以起到緩衝作用。

來源：科技日報 文中圖片除標註外均來自網路

編輯：劉義陽

審核：管晶晶

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