嫦娥四號(hào)懷揣著哪些國(guó)際范兒“法寶”？

據(jù)國(guó)家航天局消息，嫦娥四號(hào)在月球背面軟著陸后，截至1月10日，由多個(gè)國(guó)家和組織參與的科學(xué)探測(cè)任務(wù)陸續(xù)展開(kāi)。著陸器上由德國(guó)研制的月表中子及輻射劑量探測(cè)儀和巡視器上由瑞典研制的中性原子探測(cè)儀開(kāi)機(jī)測(cè)試。

嫦娥四號(hào)任務(wù)有效載荷總體指揮徐欣鋒此前向媒體介紹，嫦娥四號(hào)工程中，共有9個(gè)國(guó)家近20個(gè)有效載荷提出了合作，最終有3臺(tái)載荷通過(guò)評(píng)審。讓我們來(lái)看看這些國(guó)際范兒“法寶”將開(kāi)展哪些工作。

月球低頻射電探測(cè)儀 開(kāi)墾射電天文領(lǐng)域的“處女地”

“月球背面的電磁環(huán)境非常干凈，在那里開(kāi)展低頻射電探測(cè)是全世界天文學(xué)家夢(mèng)寐以求的事情，將填補(bǔ)低頻射電觀測(cè)的空白?！眹?guó)家空間科學(xué)中心副主任、月球與深空探測(cè)總體部主任鄒永廖說(shuō)。

電磁波是天文學(xué)家觀測(cè)天體輻射的核心手段之一。不過(guò)，低頻電磁波信號(hào)會(huì)被地球電離層遮擋，無(wú)法抵達(dá)地面，這個(gè)波段成為了射電天文領(lǐng)域一直未被開(kāi)墾的“處女地”。

多年來(lái)，科學(xué)家試圖在太空尋找解決途徑，但他們遇到了新的問(wèn)題。“地球附近的人造天體太多了?！敝锌圃簢?guó)家天文臺(tái)研究員、嫦娥四號(hào)月球低頻射電探測(cè)儀中方首席專(zhuān)家平勁松表示，這些衛(wèi)星以及各類(lèi)航天器，都在放射人造電磁波，會(huì)對(duì)觀測(cè)形成干擾。即使把觀測(cè)設(shè)備架設(shè)到月球上，如果面向地球，仍然避不開(kāi)地球衛(wèi)星低頻無(wú)線電輻射的噪聲。

要突破地球電離層的屏蔽、躲開(kāi)衛(wèi)星的信號(hào)，還要遮擋來(lái)自太陽(yáng)的輻射，經(jīng)過(guò)種種約束的篩選，月球背面成為了滿(mǎn)足條件、技術(shù)可及的最佳選擇。嫦娥四號(hào)任務(wù)為此項(xiàng)研究提供了絕佳的起步機(jī)會(huì)。

2015年10月，荷蘭航天局局長(zhǎng)訪問(wèn)中國(guó)國(guó)家航天局后，低頻射電合作項(xiàng)目被兩國(guó)納入嫦娥四號(hào)工程。中科院國(guó)家天文臺(tái)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)與荷方月球低頻射電載荷工作事宜。

合作項(xiàng)目中，雙方研制了兩臺(tái)低頻射電探測(cè)儀。平勁松介紹，兩臺(tái)載荷的概念設(shè)計(jì)由中方提出，中荷各研制一臺(tái)，主要功能基本相當(dāng)。中方載荷搭載于嫦娥四號(hào)著陸器，通過(guò)太陽(yáng)能通電，當(dāng)著陸區(qū)是白天時(shí)開(kāi)展工作；荷方載荷搭載在2018年5月發(fā)射的鵲橋號(hào)中繼衛(wèi)星上，能持續(xù)獲得光照，理論上可以一直工作。

該項(xiàng)目讓科學(xué)家們充滿(mǎn)期待。平勁松說(shuō)，低頻太陽(yáng)爆發(fā)過(guò)去從未觀測(cè)到，但今后只要遇上，就能觀測(cè)并且追蹤它發(fā)生的整個(gè)過(guò)程，對(duì)其機(jī)理進(jìn)行分析。這對(duì)研究日地空間的天氣效應(yīng)，構(gòu)建模型預(yù)報(bào)太陽(yáng)災(zāi)害事件等有很大幫助。同時(shí)，嫦娥四號(hào)低頻射電探測(cè)儀通過(guò)對(duì)太陽(yáng)爆發(fā)的觀測(cè)，還能探測(cè)月球的電離層環(huán)境。

中繼星上的低頻射電探測(cè)儀由于處在地月拉格朗日L2點(diǎn)，除了探測(cè)研究太陽(yáng)低頻射電特征和地月空間低頻射電環(huán)境，還能連續(xù)監(jiān)測(cè)地球千米波輻射爆發(fā)，并有望在行星際激波、日冕物質(zhì)拋射和高能電子束的產(chǎn)生機(jī)理等方面取得原創(chuàng)性成果。

月表中子與輻射劑量探測(cè)儀 為登月航天員探風(fēng)險(xiǎn)

自古以來(lái)，地球上的生命被兩層保護(hù)傘——磁場(chǎng)和大氣層保護(hù)著。

保護(hù)傘外，是宇宙中的高能粒子輻射?！按蟛糠钟钪娓吣芰Ｗ釉诖艑又袝?huì)被偏轉(zhuǎn)、束縛，即便粒子逃脫了磁層的束縛，還要面臨大氣層的抵擋，這些粒子打到大氣層上，會(huì)被減速，并被分裂成更小的粒子?！敝锌圃簢?guó)家空間科學(xué)中心研究員張珅毅說(shuō)。

而月球上可沒(méi)有這么安全的環(huán)境。張珅毅表示，深空中的太陽(yáng)宇宙線會(huì)直接打到月球表面。如果將來(lái)航天員登陸月球，必然會(huì)遭受高能粒子帶來(lái)的威脅。

目前，國(guó)際上關(guān)于月球輻射情況的有效數(shù)據(jù)幾乎是空白。而嫦娥四號(hào)著陸器上計(jì)劃開(kāi)展的中德合作項(xiàng)目，將對(duì)月表中子與輻射劑量進(jìn)行測(cè)量。作為該項(xiàng)目的中方首席專(zhuān)家，張珅毅表示此項(xiàng)研究旨在為未來(lái)登月航天員的危險(xiǎn)度進(jìn)行前期評(píng)估，提供輻射防護(hù)的依據(jù)。

2015年，張珅毅收到一封來(lái)自德國(guó)基爾大學(xué)的郵件。該校教授羅伯特·維默爾-施魏因格魯伯表達(dá)了共同完成月表中子與輻射劑量探測(cè)儀研制的愿望。雙方經(jīng)過(guò)討論，合作意向很快達(dá)成。

“我對(duì)中國(guó)與歐洲之間的航天合作充滿(mǎn)樂(lè)觀，近年來(lái)它們開(kāi)展了一系列合作項(xiàng)目。當(dāng)我申請(qǐng)參與嫦娥四號(hào)國(guó)際載荷項(xiàng)目獲得中方批準(zhǔn)后，我向德國(guó)航天部門(mén)申請(qǐng)的項(xiàng)目資金很快便得到支持。”維默爾-施魏因格魯伯對(duì)媒體說(shuō)。

根據(jù)協(xié)議，月表中子與輻射劑量探測(cè)儀的工程硬件由德方研制，中方負(fù)責(zé)接口協(xié)調(diào)、階段性評(píng)審考核、交付后測(cè)試、標(biāo)定試驗(yàn)等對(duì)接協(xié)調(diào)工作。研究獲得的數(shù)據(jù)將由雙方共享并共同對(duì)外發(fā)布。

“這將是近幾十年國(guó)際上第一次對(duì)月表輻射劑量進(jìn)行測(cè)量，我們獲得的第一手月表粒子輻射測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)國(guó)家探月工程來(lái)說(shuō)將是非常寶貴的資源?！睆埆|毅說(shuō)。

為了充分利用搭載機(jī)會(huì)，該載荷還將對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴開(kāi)展研究。張珅毅說(shuō)，在月球上可以直接探測(cè)到太陽(yáng)高能粒子的能譜，及其隨時(shí)間變化的特性；研究太陽(yáng)風(fēng)暴的起因、高能粒子傳播規(guī)律等。

此外，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還將嘗試對(duì)月球的水冰和鐵礦進(jìn)行探測(cè)。

中性原子探測(cè)儀 尋找月球水源的線索

嫦娥四號(hào)落月后不久，玉兔二號(hào)月球車(chē)就“掙脫”它的懷抱來(lái)到月面，留下一串長(zhǎng)長(zhǎng)的“腳印”。這只“兔子”的任務(wù)可不是到處跑到處看那么簡(jiǎn)單，除了像前輩“玉兔號(hào)”一樣攜帶全景相機(jī)、紅外成像光譜儀和測(cè)月雷達(dá)，它還背負(fù)了一臺(tái)中國(guó)與瑞典合作研發(fā)的中性原子探測(cè)儀，將實(shí)施國(guó)際首次在月表開(kāi)展的能量中性原子探測(cè)任務(wù)，首批數(shù)據(jù)有望在今年2月中旬左右發(fā)回。

該項(xiàng)目中方首席專(zhuān)家、中科院國(guó)家空間中心研究員張愛(ài)兵介紹，項(xiàng)目主要為了研究太陽(yáng)風(fēng)與月表的微觀相互作用，以及月表濺射在月球逃逸層形成和維持中的作用。

瑞典空間物理研究所研究員、該項(xiàng)目載荷負(fù)責(zé)人馬丁·威澤向媒體表示，太陽(yáng)風(fēng)如何影響月球表面是一個(gè)新的研究領(lǐng)域，此項(xiàng)探測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)于理解這一基本物理過(guò)程非常重要。

張愛(ài)兵說(shuō)，太陽(yáng)風(fēng)為帶電粒子，與高能粒子不同的是，太陽(yáng)風(fēng)粒子密度很大。由于月球沒(méi)有大氣和磁場(chǎng)，太陽(yáng)風(fēng)粒子會(huì)直接打到月球表面并被反射，部分會(huì)變成中性原子進(jìn)行逃逸形成月球外逸層。同時(shí)，它也會(huì)將月表物質(zhì)成分濺射出來(lái)形成中性原子。由于月球表面的地形地貌存在差異，隨著巡視器的移動(dòng)，獲取的結(jié)果也會(huì)不一樣。

“我們對(duì)未來(lái)的探測(cè)結(jié)果十分好奇?！蓖烧f(shuō)，“通過(guò)監(jiān)測(cè)與研究，我們有可能發(fā)現(xiàn)關(guān)于月球上水來(lái)自何處的線索。”張愛(ài)兵表示，有科學(xué)家認(rèn)為太陽(yáng)風(fēng)氫離子與月表中的氧產(chǎn)生羥基形成水，這也成為探測(cè)和研究的內(nèi)容之一。

目前我國(guó)還沒(méi)有用于空間探測(cè)的中性原子探測(cè)儀，只有一臺(tái)正在自行研制中，計(jì)劃用于未來(lái)火星探測(cè)任務(wù)。中科院國(guó)家空間中心與瑞典空間物理所的合作起于雙星計(jì)劃，歷史悠久、成果豐富。此次項(xiàng)目載荷也由該所研制，中方參與設(shè)備定標(biāo)測(cè)試，以及交付后的相關(guān)工作?？茖W(xué)數(shù)據(jù)將由雙方共享，協(xié)同開(kāi)展研究。

“嫦娥四號(hào)任務(wù)從立項(xiàng)時(shí)就體現(xiàn)出開(kāi)放原則，在月球與深空探測(cè)領(lǐng)域的國(guó)際合作上大膽嘗試，達(dá)到了良好效果，為我國(guó)后續(xù)國(guó)際合作奠定了基礎(chǔ)?！毙煨冷h表示。