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“玉兔”月背拓荒记 已存活400多天,行驶里程405.44米 [复制链接]

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      来源:中国青年报
      

      
      “已经400多天了?”有网友在点赞之余感慨玉兔二号生命力之顽强。事实上,早在2019年12月,玉兔二号在月球背面累计运行超过340天之时,就已经成为世界上在月面工作时间最长的人类探测器。此前,这一纪录由世界上首台月球车、苏联的月球车1号创下,并保持了近半个世纪。
      
      关注探月动态的人经常听到这样的消息:“玉兔二号又醒了”“嫦娥四号再次进入午休状态”,等等。那么,在月球背面的400多天里,嫦娥四号和玉兔二号这两个备受关注的中国探测器,除了“行走”“入睡”“午休避暑”究竟还干了啥?
      
      “动若脱兔”:或回眸或跳回旋舞
      
      2020年1月3日,国家航天局探月与航天工程中心发布一张名为“玉兔回旋舞”的照片,引发关注。从照片上看,玉兔二号在原地“画了一个圈”,对月面选定地点进行360°的“踩点”。
      
      更准确地说,这是玉兔二号在进行原地转向探测:先行驶到预定探测区域,然后依次分8个偏航角转动一圈,在不同的航向角下,红外光谱仪、中性原子探测仪等设备“上线”——开机探测,避障相机成像,探测完毕后,将探测数据传回地球。
      
      除此以外,玉兔二号还有专属的“玉兔回眸”——车辙探测。北京航天飞行控制中心的“玉兔驾驶员”事先计算好转向角度,确保红外视场覆盖玉兔二号行驶的车辙。根据地面发送的指令,玉兔二号的“脑袋”转向约180°,利用红外光谱仪“回头看”,对车辙压翻出来的月壤进行探测。
      
      玉兔二号还是一只专注的“兔子”——定点探测。这是玉兔二号在“立定”状态下,研究太阳高度角变化对月面某点的反射光谱影响。
      
      据国家航天局探月与航天工程中心科研人员介绍,当玉兔二号行驶到预定地点后,转向选定航向,随后每隔两个小时进行一次红外探测,适时进行红外定标和中性原子探测,在月夜来临前结束定点探测工作,并寻找休眠点。
      
      不管是“玉兔回旋舞”,还是“玉兔回眸”,如果用一句话来概括,在过去一年多里,嫦娥四号着陆器开展定点探测“静若处子”,玉兔二号月球车开展巡视探测,则是“动若脱兔”。一静一动,在遥远的月球背面上演着一道“勤劳拓荒”的风景线。
      
      这些拓荒得到的数据、图片,经过地面科研人员的分析处理,转化成了科学成果,拓展了人类对于月球的认识边界。
      
      来自国家航天局探月与航天工程中心的说法是,2020年新冠肺炎疫情来袭,不过,这并没有让玉兔二号和它背后的科研团队按下“暂停键”:在2020年1月3日嫦娥四号着陆月球背面一周年时,该中心对外发布各级科学数据超过210GB,中外科学家团队根据这些数据取得一系列重要科学发现。
      
      2月27日,中国科学院国家天文台研究员李春来领衔的科研团队,通过玉兔二号身上搭载的测月雷达,获取就位探测数据,经过研究发现:月球背面地下物质由低损耗的月壤物质和大小不同的大量石块组成。这是人类第一次揭开月球背面地下结构的神秘面纱。
      
      李春来说,从这项成果可以看到“一些人类此前从未看到的内容”:从月球表面到地下12米,该地层为细粒月壤、内嵌有少量石块,是由多个撞击坑互叠的溅射物风化而成;从地下12米到24米,内部存在大量的石块,形成了碎石层和碎石堆,夹杂在细粒月壤之中;而从地下24米到40米,则是不同时期、更古老的溅射物沉积和风化产物,这些都大大拓展了人类的认知范围。
      
      在月亮之上,聪慧的“嫦娥”和勤劳的“兔子”在努力走得更远、工作时间更长,为人类提供更多科学数据。
      
      月球上的一天:一半时间都在“睡觉”
      
      在有关玉兔二号的消息中,人们经常听到“休眠”和“唤醒”两个词,从字面理解仿佛是生命体的生物本能,而玉兔二号是一个精密的月球探测器,怎么也需要这样的操作?
      
      这还要从月球的客观环境说起。月球的一天相当于地球上的27天左右,其中一半为白天,称之为月昼,另一半为夜晚,即所谓的月夜。在月夜期间,月面温度将降到零下190°C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。
      
      也因此,在月夜到来之前,玉兔二号便按照预定策略行驶到休眠点,将车头转向南,固定侧太阳帆板朝东。随着太阳高度角下降,气温逐渐降低,地球上的“玉兔驾驶员”便控制玉兔二号开通供热装置,接入“暖气”。
      
      月夜来临时,玉兔二号开始休眠设置,收拢桅杆和一侧太阳帆板, 使用核源进行保温,采用安全的姿势进入“梦乡”。
      
      14天后,太阳升起,月球的白天到来,新的月昼开始了。
      
      当阳光照射到玉兔二号身上,固定侧太阳帆板达到一定发电功率后,便会自主唤醒启动——电源接通,中心计算机开机,活动侧太阳翼和桅杆依次展开,并主动向“鹊桥”中继星发出通信信号,告诉地球上的“玉兔驾驶员”:“我起床了!”
      
      收到信号后,地面的“玉兔驾驶员”便向玉兔二号发送最新指令,进行参数设置,玉兔二号进入月昼工作状态。
      
      当然,即便是到了月球的“白天”,这只“兔子”也并非一头扎进科学探索的“工作狂”。当月昼的“中午”来临,月球表面气温达到最高,玉兔二号便转动车头向西。相应地,地面的“玉兔驾驶员”则设置玉兔二号进入最小工作模式,让它更好地进入月午“避暑”。
      
      随着太阳高度角下降,气温逐渐降低,降到适宜工作的温度后,地面的“玉兔驾驶员”则设置玉兔二号退出最小工作模式,开始月昼“下午”的工作。
      
      要想活得更久,充足的“睡眠”、足够的“休息”是十分必要的。从这个意义上来说,“月夜休息”“月昼午休”这些也都是玉兔二号工作的一部分。
      
      “长寿兔子”:探测成果更重要
      
      根据国家航天局此前发布的数据,玉兔二号的设计寿命为3个月。如今,玉兔二号的存活时间早已超过这一数字,甚至超越苏联的“前辈”,成为工作时间最长的“长寿兔子”。
      
      不过,在中国航天科技集团八院玉兔二号移动分系统主任设计师刘殿富看来,不管是玉兔二号寿命的长短,还是其行走距离的远近,都不是当前最主要的指标。在他看来,更重要的问题在于,玉兔二号能否探测到更多的科学成果。
      
      他说,3个月只是科研人员设计的“寿命底线”,在满足底线要求的前提下,科研团队当然希望玉兔二号能够工作一年甚至更久。事实上,我国第一台月球车玉兔号的设计寿命也只有3个月,但最终在月球上工作了972天。
      
      按照刘殿富的说法,所谓的“设计寿命”是根据工程目标而制定:2019年1月3 日,嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地的冯·卡门撞击坑;1月4日,玉兔二号月球车与着陆器成功分离,分别开展科学探测;1月11日,两器完成互拍成像,中外科学载荷工作正常,达到工程既定目标,标志着嫦娥四号工程任务圆满成功。
      
      “这些工程目标的完成,就实现了预定计划,科研人员正是根据这些目标设计了玉兔二号的寿命长度。”刘殿富说,接下来的探测,从某种程度上说,都是“规定动作”之外的任务。
      
      6年前,玉兔二号的“姐姐”玉兔号,在月球虹湾上行走114.8米后,突然出现电缆短路,从此再也无法行走。这是中国航天科技集团八院嫦娥四号副总指挥兼副总设计师张玉花在那次任务中最难忘的事,“我当时想,如果能把我送上月球,包扎一下,可能‘玉兔’就好了!”
      
      从那以后,张玉花带领团队不断优化设计,反复评估验证,他们花费了5年时间,就是确保后续任务万无一失。她说:“当我看到‘玉兔’站在荒芜的月球上,我觉得它像只银白色的天鹅,比什么都美。现在我们的玉兔二号去月球背面了,我们希望它美丽又勇敢,一直走下去。”
      
      中国航天科技集团五院嫦娥四号巡视器总体主任设计师申振荣说,玉兔二号相比于玉兔号,身体更为“健壮”,应付困难的能力更强,“如果将它比喻成一个孩子,虽然外表看上去没有太大变化,但它更成熟了,内功更强了。”从这个角度来看,玉兔二号未来的表现也更加值得期待。
      
      在此前的一个月昼里,应科学家团队要求,玉兔二号向行进路线南侧一个撞击坑逼近,因为周边地形太过复杂,这只“兔子”只得“望坑兴叹”。但最终,它还是探测到了坑前的溅射碎石,拍下撞击坑的全景照片,也算不虚此行。
      
      随后,玉兔二号一个转身,毅然告别了南侧的深坑,继续探索征程。等待它的,将是下一个月球日。
      
      
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