“玉兔”月背拓荒記：已存活400多天，行駛里程405.44米

 

玉兔二號拍下的月球背面和自身影子。國家航天局探月與航天工程中心供圖

 

 

“玉兔回旋舞”

 

 

“玉兔回眸”

 

傳說中的“萌兔子”——玉兔二號月球車又醒了。3月18日，在歷經(jīng)14天的極寒月夜之后，玉兔二號自主喚醒再次“復(fù)工”，迎來此次探月之旅的第16個月晝。至此，玉兔二號已在月球背面存活400多天，累計行駛里程405.44米。

 

“已經(jīng)400多天了？”有網(wǎng)友在點贊之余感慨玉兔二號生命力之頑強。事實上，早在2019年12月，玉兔二號在月球背面累計運行超過340天之時，就已經(jīng)成為世界上在月面工作時間最長的人類探測器。此前，這一紀(jì)錄由世界上首臺月球車、蘇聯(lián)的月球車1號創(chuàng)下，并保持了近半個世紀(jì)。

 

關(guān)注探月動態(tài)的人經(jīng)常聽到這樣的消息：“玉兔二號又醒了”“嫦娥四號再次進(jìn)入午休狀態(tài)”，等等。那么，在月球背面的400多天里，嫦娥四號和玉兔二號這兩個備受關(guān)注的中國探測器，除了“行走”“入睡”“午休避暑”究竟還干了啥？

 

“動若脫兔”：或回眸或跳回旋舞

 

2020年1月3日，國家航天局探月與航天工程中心發(fā)布一張名為“玉兔回旋舞”的照片，引發(fā)關(guān)注。從照片上看，玉兔二號在原地“畫了一個圈”，對月面選定地點進(jìn)行360°的“踩點”。

 

更準(zhǔn)確地說，這是玉兔二號在進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向探測：先行駛到預(yù)定探測區(qū)域，然后依次分8個偏航角轉(zhuǎn)動一圈，在不同的航向角下，紅外光譜儀、中性原子探測儀等設(shè)備“上線”——開機探測，避障相機成像，探測完畢后，將探測數(shù)據(jù)傳回地球。

 

除此以外，玉兔二號還有專屬的“玉兔回眸”——車轍探測。北京航天飛行控制中心的“玉兔駕駛員”事先計算好轉(zhuǎn)向角度，確保紅外視場覆蓋玉兔二號行駛的車轍。根據(jù)地面發(fā)送的指令，玉兔二號的“腦袋”轉(zhuǎn)向約180°，利用紅外光譜儀“回頭看”，對車轍壓翻出來的月壤進(jìn)行探測。

 

玉兔二號還是一只專注的“兔子”——定點探測。這是玉兔二號在“立定”狀態(tài)下，研究太陽高度角變化對月面某點的反射光譜影響。

 

據(jù)國家航天局探月與航天工程中心科研人員介紹，當(dāng)玉兔二號行駛到預(yù)定地點后，轉(zhuǎn)向選定航向，隨后每隔兩個小時進(jìn)行一次紅外探測，適時進(jìn)行紅外定標(biāo)和中性原子探測，在月夜來臨前結(jié)束定點探測工作，并尋找休眠點。

 

不管是“玉兔回旋舞”，還是“玉兔回眸”，如果用一句話來概括，在過去一年多里，嫦娥四號著陸器開展定點探測“靜若處子”，玉兔二號月球車開展巡視探測，則是“動若脫兔”。一靜一動，在遙遠(yuǎn)的月球背面上演著一道“勤勞拓荒”的風(fēng)景線。

 

這些拓荒得到的數(shù)據(jù)、圖片，經(jīng)過地面科研人員的分析處理，轉(zhuǎn)化成了科學(xué)成果，拓展了人類對于月球的認(rèn)識邊界。

 

來自國家航天局探月與航天工程中心的說法是，2020年新冠肺炎疫情來襲，不過，這并沒有讓玉兔二號和它背后的科研團(tuán)隊按下“暫停鍵”：在2020年1月3日嫦娥四號著陸月球背面一周年時，該中心對外發(fā)布各級科學(xué)數(shù)據(jù)超過210GB，中外科學(xué)家團(tuán)隊根據(jù)這些數(shù)據(jù)取得一系列重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

 

2月27日，中國科學(xué)院國家天文臺研究員李春來領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊，通過玉兔二號身上搭載的測月雷達(dá)，獲取就位探測數(shù)據(jù)，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)：月球背面地下物質(zhì)由低損耗的月壤物質(zhì)和大小不同的大量石塊組成。這是人類第一次揭開月球背面地下結(jié)構(gòu)的神秘面紗。

 

李春來說，從這項成果可以看到“一些人類此前從未看到的內(nèi)容”：從月球表面到地下12米，該地層為細(xì)粒月壤、內(nèi)嵌有少量石塊，是由多個撞擊坑互疊的濺射物風(fēng)化而成；從地下12米到24米，內(nèi)部存在大量的石塊，形成了碎石層和碎石堆，夾雜在細(xì)粒月壤之中；而從地下24米到40米，則是不同時期、更古老的濺射物沉積和風(fēng)化產(chǎn)物，這些都大大拓展了人類的認(rèn)知范圍。

 

在月亮之上，聰慧的“嫦娥”和勤勞的“兔子”在努力走得更遠(yuǎn)、工作時間更長，為人類提供更多科學(xué)數(shù)據(jù)。

 

月球上的一天：一半時間都在“睡覺”

 

在有關(guān)玉兔二號的消息中，人們經(jīng)常聽到“休眠”和“喚醒”兩個詞,從字面理解仿佛是生命體的生物本能,而玉兔二號是一個精密的月球探測器,怎么也需要這樣的操作？

 

這還要從月球的客觀環(huán)境說起。月球的一天相當(dāng)于地球上的27天左右,其中一半為白天，稱之為月晝，另一半為夜晚，即所謂的月夜。在月夜期間，月面溫度將降到零下190°C左右,在過低溫度下工作，會對月球車及其搭載的科學(xué)設(shè)備造成損害。

 

也因此，在月夜到來之前，玉兔二號便按照預(yù)定策略行駛到休眠點，將車頭轉(zhuǎn)向南，固定側(cè)太陽帆板朝東。隨著太陽高度角下降，氣溫逐漸降低，地球上的“玉兔駕駛員”便控制玉兔二號開通供熱裝置，接入“暖氣”。

 

月夜來臨時，玉兔二號開始休眠設(shè)置，收攏桅桿和一側(cè)太陽帆板, 使用核源進(jìn)行保溫，采用安全的姿勢進(jìn)入“夢鄉(xiāng)”。

 

14天后，太陽升起，月球的白天到來，新的月晝開始了。

 

當(dāng)陽光照射到玉兔二號身上，固定側(cè)太陽帆板達(dá)到一定發(fā)電功率后，便會自主喚醒啟動——電源接通，中心計算機開機，活動側(cè)太陽翼和桅桿依次展開，并主動向“鵲橋”中繼星發(fā)出通信信號,告訴地球上的“玉兔駕駛員”：“我起床了！”

 

收到信號后，地面的“玉兔駕駛員”便向玉兔二號發(fā)送最新指令,進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，玉兔二號進(jìn)入月晝工作狀態(tài)。

 

當(dāng)然，即便是到了月球的“白天”，這只“兔子”也并非一頭扎進(jìn)科學(xué)探索的“工作狂”。當(dāng)月晝的“中午”來臨，月球表面氣溫達(dá)到最高，玉兔二號便轉(zhuǎn)動車頭向西。相應(yīng)地，地面的“玉兔駕駛員”則設(shè)置玉兔二號進(jìn)入最小工作模式，讓它更好地進(jìn)入月午“避暑”。

 

隨著太陽高度角下降，氣溫逐漸降低，降到適宜工作的溫度后，地面的“玉兔駕駛員”則設(shè)置玉兔二號退出最小工作模式，開始月晝“下午”的工作。

 

要想活得更久，充足的“睡眠”、足夠的“休息”是十分必要的。從這個意義上來說，“月夜休息”“月晝午休”這些也都是玉兔二號工作的一部分。

 

“長壽兔子”：探測成果更重要

 

根據(jù)國家航天局此前發(fā)布的數(shù)據(jù)，玉兔二號的設(shè)計壽命為3個月。如今，玉兔二號的存活時間早已超過這一數(shù)字，甚至超越蘇聯(lián)的“前輩”，成為工作時間最長的“長壽兔子”。

 

不過，在中國航天科技集團(tuán)八院玉兔二號移動分系統(tǒng)主任設(shè)計師劉殿富看來，不管是玉兔二號壽命的長短，還是其行走距離的遠(yuǎn)近，都不是當(dāng)前最主要的指標(biāo)。在他看來，更重要的問題在于，玉兔二號能否探測到更多的科學(xué)成果。

 

他說，3個月只是科研人員設(shè)計的“壽命底線”，在滿足底線要求的前提下，科研團(tuán)隊當(dāng)然希望玉兔二號能夠工作一年甚至更久。事實上，我國第一臺月球車玉兔號的設(shè)計壽命也只有3個月，但最終在月球上工作了972天。

 

按照劉殿富的說法，所謂的“設(shè)計壽命”是根據(jù)工程目標(biāo)而制定：2019年1月3 日，嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地的馮·卡門撞擊坑；1月4日，玉兔二號月球車與著陸器成功分離，分別開展科學(xué)探測；1月11日，兩器完成互拍成像，中外科學(xué)載荷工作正常，達(dá)到工程既定目標(biāo)，標(biāo)志著嫦娥四號工程任務(wù)圓滿成功。

 

“這些工程目標(biāo)的完成，就實現(xiàn)了預(yù)定計劃，科研人員正是根據(jù)這些目標(biāo)設(shè)計了玉兔二號的壽命長度。”劉殿富說，接下來的探測，從某種程度上說，都是“規(guī)定動作”之外的任務(wù)。

 

6年前，玉兔二號的“姐姐”玉兔號，在月球虹灣上行走114.8米后，突然出現(xiàn)電纜短路，從此再也無法行走。這是中國航天科技集團(tuán)八院嫦娥四號副總指揮兼副總設(shè)計師張玉花在那次任務(wù)中最難忘的事，“我當(dāng)時想，如果能把我送上月球，包扎一下，可能‘玉兔’就好了！”

 

從那以后，張玉花帶領(lǐng)團(tuán)隊不斷優(yōu)化設(shè)計，反復(fù)評估驗證，他們花費了5年時間，就是確保后續(xù)任務(wù)萬無一失。她說：“當(dāng)我看到‘玉兔’站在荒蕪的月球上，我覺得它像只銀白色的天鵝，比什么都美?，F(xiàn)在我們的玉兔二號去月球背面了，我們希望它美麗又勇敢，一直走下去。”

 

中國航天科技集團(tuán)五院嫦娥四號巡視器總體主任設(shè)計師申振榮說，玉兔二號相比于玉兔號，身體更為“健壯”，應(yīng)付困難的能力更強，“如果將它比喻成一個孩子，雖然外表看上去沒有太大變化，但它更成熟了，內(nèi)功更強了。”從這個角度來看，玉兔二號未來的表現(xiàn)也更加值得期待。

 

在此前的一個月晝里，應(yīng)科學(xué)家團(tuán)隊要求，玉兔二號向行進(jìn)路線南側(cè)一個撞擊坑逼近，因為周邊地形太過復(fù)雜，這只“兔子”只得“望坑興嘆”。但最終，它還是探測到了坑前的濺射碎石，拍下撞擊坑的全景照片，也算不虛此行。

 

隨后，玉兔二號一個轉(zhuǎn)身，毅然告別了南側(cè)的深坑，繼續(xù)探索征程。等待它的，將是下一個月球日。