“玉兔”月背拓荒記：已存活400多天，行駛里程405.44米

 

玉兔二號(hào)拍下的月球背面和自身影子。國(guó)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(shuō)中的“萌兔子”——玉兔二號(hào)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(hào)自主喚醒再次“復(fù)工”，迎來(lái)此次探月之旅的第16個(gè)月晝。至此，玉兔二號(hào)已在月球背面存活400多天，累計(jì)行駛里程405.44米。

 

“已經(jīng)400多天了？”有網(wǎng)友在點(diǎn)贊之余感慨玉兔二號(hào)生命力之頑強(qiáng)。事實(shí)上，早在2019年12月，玉兔二號(hào)在月球背面累計(jì)運(yùn)行超過(guò)340天之時(shí)，就已經(jīng)成為世界上在月面工作時(shí)間最長(zhǎng)的人類探測(cè)器。此前，這一紀(jì)錄由世界上首臺(tái)月球車、蘇聯(lián)的月球車1號(hào)創(chuàng)下，并保持了近半個(gè)世紀(jì)。

 

關(guān)注探月動(dòng)態(tài)的人經(jīng)常聽(tīng)到這樣的消息：“玉兔二號(hào)又醒了”“嫦娥四號(hào)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(hào)和玉兔二號(hào)這兩個(gè)備受關(guān)注的中國(guó)探測(cè)器，除了“行走”“入睡”“午休避暑”究竟還干了啥？

 

“動(dòng)若脫兔”：或回眸或跳回旋舞

 

2020年1月3日，國(guó)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(hào)在原地“畫了一個(gè)圈”，對(duì)月面選定地點(diǎn)進(jìn)行360°的“踩點(diǎn)”。

 

更準(zhǔn)確地說(shuō)，這是玉兔二號(hào)在進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向探測(cè)：先行駛到預(yù)定探測(cè)區(qū)域，然后依次分8個(gè)偏航角轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，在不同的航向角下，紅外光譜儀、中性原子探測(cè)儀等設(shè)備“上線”——開(kāi)機(jī)探測(cè)，避障相機(jī)成像，探測(cè)完畢后，將探測(cè)數(shù)據(jù)傳回地球。

 

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

 

玉兔二號(hào)還是一只專注的“兔子”——定點(diǎn)探測(cè)。這是玉兔二號(hào)在“立定”狀態(tài)下，研究太陽(yáng)高度角變化對(duì)月面某點(diǎn)的反射光譜影響。

 

據(jù)國(guó)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(hào)行駛到預(yù)定地點(diǎn)后，轉(zhuǎn)向選定航向，隨后每隔兩個(gè)小時(shí)進(jìn)行一次紅外探測(cè)，適時(shí)進(jìn)行紅外定標(biāo)和中性原子探測(cè)，在月夜來(lái)臨前結(jié)束定點(diǎn)探測(cè)工作，并尋找休眠點(diǎn)。

 

不管是“玉兔回旋舞”，還是“玉兔回眸”，如果用一句話來(lái)概括，在過(guò)去一年多里，嫦娥四號(hào)著陸器開(kāi)展定點(diǎn)探測(cè)“靜若處子”，玉兔二號(hào)月球車開(kāi)展巡視探測(cè)，則是“動(dòng)若脫兔”。一靜一動(dòng)，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(guò)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(duì)于月球的認(rèn)識(shí)邊界。

 

來(lái)自國(guó)家航天局探月與航天工程中心的說(shuō)法是，2020年新冠肺炎疫情來(lái)襲，不過(guò)，這并沒(méi)有讓玉兔二號(hào)和它背后的科研團(tuán)隊(duì)按下“暫停鍵”：在2020年1月3日嫦娥四號(hào)著陸月球背面一周年時(shí)，該中心對(duì)外發(fā)布各級(jí)科學(xué)數(shù)據(jù)超過(guò)210GB，中外科學(xué)家團(tuán)隊(duì)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(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員李春來(lái)領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，通過(guò)玉兔二號(hào)身上搭載的測(cè)月雷達(dá)，獲取就位探測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)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(kāi)月球背面地下結(jié)構(gòu)的神秘面紗。

 

李春來(lái)說(shuō)，從這項(xiàng)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(gè)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(shí)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(shí)間更長(zhǎng)，為人類提供更多科學(xué)數(shù)據(jù)。

 

月球上的一天：一半時(shí)間都在“睡覺(jué)”

 

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

 

這還要從月球的客觀環(huán)境說(shuō)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(guò)低溫度下工作，會(huì)對(duì)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(lái)之前，玉兔二號(hào)便按照預(yù)定策略行駛到休眠點(diǎn)，將車頭轉(zhuǎn)向南，固定側(cè)太陽(yáng)帆板朝東。隨著太陽(yáng)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(hào)開(kāi)通供熱裝置，接入“暖氣”。

 

月夜來(lái)臨時(shí)，玉兔二號(hào)開(kāi)始休眠設(shè)置，收攏桅桿和一側(cè)太陽(yáng)帆板, 使用核源進(jìn)行保溫，采用安全的姿勢(shì)進(jìn)入“夢(mèng)鄉(xiāng)”。

 

14天后，太陽(yáng)升起，月球的白天到來(lái)，新的月晝開(kāi)始了。

 

當(dāng)陽(yáng)光照射到玉兔二號(hào)身上，固定側(cè)太陽(yáng)帆板達(dá)到一定發(fā)電功率后，便會(huì)自主喚醒啟動(dòng)——電源接通，中心計(jì)算機(jī)開(kāi)機(jī)，活動(dòng)側(cè)太陽(yáng)翼和桅桿依次展開(kāi)，并主動(dòng)向“鵲橋”中繼星發(fā)出通信信號(hào),告訴地球上的“玉兔駕駛員”：“我起床了！”

 

收到信號(hào)后，地面的“玉兔駕駛員”便向玉兔二號(hào)發(fā)送最新指令,進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，玉兔二號(hào)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(lái)臨，月球表面氣溫達(dá)到最高，玉兔二號(hào)便轉(zhuǎn)動(dòng)車頭向西。相應(yīng)地，地面的“玉兔駕駛員”則設(shè)置玉兔二號(hào)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(yáng)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(hào)退出最小工作模式，開(kāi)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(gè)意義上來(lái)說(shuō)，“月夜休息”“月晝午休”這些也都是玉兔二號(hào)工作的一部分。

 

“長(zhǎng)壽兔子”：探測(cè)成果更重要

 

根據(jù)國(guó)家航天局此前發(fā)布的數(shù)據(jù)，玉兔二號(hào)的設(shè)計(jì)壽命為3個(gè)月。如今，玉兔二號(hào)的存活時(shí)間早已超過(guò)這一數(shù)字，甚至超越蘇聯(lián)的“前輩”，成為工作時(shí)間最長(zhǎng)的“長(zhǎng)壽兔子”。

 

不過(guò)，在中國(guó)航天科技集團(tuán)八院玉兔二號(hào)移動(dòng)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師劉殿富看來(lái)，不管是玉兔二號(hào)壽命的長(zhǎng)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(lái)，更重要的問(wèn)題在于，玉兔二號(hào)能否探測(cè)到更多的科學(xué)成果。

 

他說(shuō)，3個(gè)月只是科研人員設(shè)計(jì)的“壽命底線”，在滿足底線要求的前提下，科研團(tuán)隊(duì)當(dāng)然希望玉兔二號(hào)能夠工作一年甚至更久。事實(shí)上，我國(guó)第一臺(tái)月球車玉兔號(hào)的設(shè)計(jì)壽命也只有3個(gè)月，但最終在月球上工作了972天。

 

按照劉殿富的說(shuō)法，所謂的“設(shè)計(jì)壽命”是根據(jù)工程目標(biāo)而制定：2019年1月3 日，嫦娥四號(hào)探測(cè)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(hào)月球車與著陸器成功分離，分別開(kāi)展科學(xué)探測(cè)；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(hào)工程任務(wù)圓滿成功。

 

“這些工程目標(biāo)的完成，就實(shí)現(xiàn)了預(yù)定計(jì)劃，科研人員正是根據(jù)這些目標(biāo)設(shè)計(jì)了玉兔二號(hào)的壽命長(zhǎng)度。”劉殿富說(shuō)，接下來(lái)的探測(cè)，從某種程度上說(shuō)，都是“規(guī)定動(dòng)作”之外的任務(wù)。

 

6年前，玉兔二號(hào)的“姐姐”玉兔號(hào)，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(wú)法行走。這是中國(guó)航天科技集團(tuán)八院嫦娥四號(hào)副總指揮兼副總設(shè)計(jì)師張玉花在那次任務(wù)中最難忘的事，“我當(dāng)時(shí)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(duì)不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，反復(fù)評(píng)估驗(yàn)證，他們花費(fèi)了5年時(shí)間，就是確保后續(xù)任務(wù)萬(wàn)無(wú)一失。她說(shuō)：“當(dāng)我看到‘玉兔’站在荒蕪的月球上，我覺(jué)得它像只銀白色的天鵝，比什么都美。現(xiàn)在我們的玉兔二號(hào)去月球背面了，我們希望它美麗又勇敢，一直走下去。”

 

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

 

在此前的一個(gè)月晝里，應(yīng)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)要求，玉兔二號(hào)向行進(jìn)路線南側(cè)一個(gè)撞擊坑逼近，因?yàn)橹苓叺匦翁^(guò)復(fù)雜，這只“兔子”只得“望坑興嘆”。但最終，它還是探測(cè)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(hào)一個(gè)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(gè)月球日。