8日凌晨，嫦娥四號(hào)探測(cè)器發(fā)射成功，開(kāi)啟中國(guó)月球探測(cè)的新旅程——實(shí)現(xiàn)人類(lèi)首次月球背面軟著陸，開(kāi)展月球背面就位探測(cè)及巡視探測(cè)。

“嫦娥四號(hào)”有哪些江蘇元素?為何在“月之背面”著陸進(jìn)行科研活動(dòng)?記者采訪了紫金山天文臺(tái)和南京航空航天大學(xué)專(zhuān)家。

中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)有“一雙眼睛”在觀測(cè)嫦娥四號(hào)的一舉一動(dòng)。“嫦娥四號(hào)的預(yù)定著陸點(diǎn)是位于月球背面南極–艾特肯(SPA)盆地內(nèi)的馮卡門(mén)撞擊坑。SPA是一個(gè)直徑達(dá)2500千米，最深處超過(guò)13千米的超級(jí)大盆地。”中科院紫金山天文臺(tái)研究員季江徽介紹說(shuō)，這是月球上已知最大、最古老、深度也最大的撞擊盆地，事實(shí)上，SPA盆地被認(rèn)為很可能是整個(gè)太陽(yáng)系內(nèi)最大、最古老的撞擊盆地，這里保存了原始月殼的巖石，具有極高的科學(xué)研究?jī)r(jià)值。

馮卡門(mén)撞擊坑位于SPA盆地的中部，直徑約186千米。該撞擊坑是SPA盆地中典型地貌類(lèi)型，物質(zhì)成分和地質(zhì)年代具有明顯的代表性。撞擊坑內(nèi)的釷、氧化鐵、二氧化鈦等含量均較高，同時(shí)物質(zhì)組成的異?？臻g分布可能提供該地區(qū)火山活動(dòng)及月殼活動(dòng)線索，有利于開(kāi)展月殼活動(dòng)研究，并對(duì)月幔玄武巖起源研究有重要意義。艾特肯盆地底部有些區(qū)域?yàn)橛谰藐幱皡^(qū)，無(wú)法見(jiàn)到太陽(yáng)光，可能具有大量的水冰，為未來(lái)人類(lèi)開(kāi)發(fā)月球的理想之地。

“同時(shí)，馮卡門(mén)撞擊坑的南部地勢(shì)相對(duì)較為平坦，有利于嫦娥四號(hào)安全著陸。”季江徽表示，此外，月球背面非常適合開(kāi)展射電天文觀測(cè)，可避免地球大氣和信號(hào)的干擾。

“嫦娥四號(hào)將通過(guò)低頻射電頻譜儀、測(cè)月雷達(dá)、中性原子分析儀等科學(xué)載荷，探測(cè)和研究月表和月表以下的淺層區(qū)域，有利于揭示著陸區(qū)附近月壤的厚度與月殼淺層結(jié)構(gòu)，以及礦物成分等，進(jìn)而了解月球的演化歷史。”季江徽說(shuō)，紫金山天文臺(tái)參加嫦娥四號(hào)科學(xué)應(yīng)用團(tuán)隊(duì)工作，將利用獲得的探測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展相關(guān)科學(xué)研究。

在嫦娥四號(hào)和“嫦娥”系列背后，有兩位老少“雙帥”，一位是年過(guò)七旬的中科院院士、“嫦娥”系列各型號(hào)及火星探測(cè)器總指揮、總設(shè)計(jì)師顧問(wèn)葉培建，一位是“70后”航天總師、嫦娥三號(hào)、四號(hào)探測(cè)器和火星探測(cè)器總設(shè)計(jì)師孫澤洲。

葉培建，是人們熟悉的“嫦娥之父”，南航航天學(xué)院新一任院長(zhǎng)。2004年，我國(guó)月球探測(cè)計(jì)劃的第一步——繞月探測(cè)工程啟動(dòng)。這是繼美、俄、日、歐洲之后，第5個(gè)月球探測(cè)計(jì)劃。面對(duì)一個(gè)從未探索過(guò)的領(lǐng)域，葉培建帶領(lǐng)平均年齡不到30歲的團(tuán)隊(duì)，用3年時(shí)間先后攻克一系列技術(shù)難題，最終完成嫦娥一號(hào)衛(wèi)星的研制。

2008年，年僅38歲的孫澤洲被選為嫦娥三號(hào)探測(cè)器系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師。孫澤洲是南航88級(jí)校友，1992年，從南航畢業(yè)的孫澤洲進(jìn)入中國(guó)航天科技集團(tuán)五院，20年間，先后參與多個(gè)型號(hào)衛(wèi)星的研制任務(wù);2004年任嫦娥一號(hào)衛(wèi)星副總設(shè)計(jì)師;2008年任嫦娥三號(hào)探測(cè)器總設(shè)計(jì)師;現(xiàn)任嫦娥四號(hào)探測(cè)器總設(shè)計(jì)師、火星探測(cè)器總設(shè)計(jì)師。

嫦娥四號(hào)的背后不僅有南航人的身影，更有南航科研成果的助力。在嫦娥四號(hào)探測(cè)器上面，有一個(gè)用于光譜儀驅(qū)動(dòng)與控制的超聲電機(jī)TRUM-30A，這個(gè)比雞蛋還小的超聲電機(jī)就出自南航趙淳生院士團(tuán)隊(duì)。

此前超聲電機(jī)TRUM-30A已成功應(yīng)用在嫦娥三號(hào)探測(cè)器上，負(fù)責(zé)紅外成像光譜儀內(nèi)定標(biāo)板的驅(qū)動(dòng)與控制，在探月工程中發(fā)揮了重要作用。“光譜儀可以讓月球車(chē)通過(guò)高光譜分辨率獲取月球物體高光譜圖像，為精確識(shí)別月球表面的特征信息和物質(zhì)分類(lèi)提供服務(wù)，定標(biāo)板類(lèi)似于艙門(mén)，而超聲電機(jī)就是定標(biāo)板的一個(gè)重要‘關(guān)節(jié)’，負(fù)責(zé)控制艙門(mén)。”趙淳生介紹。

超聲電機(jī)與傳統(tǒng)電機(jī)相比具有響應(yīng)快、精度高、噪聲小、無(wú)電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，作為一種新型的微電機(jī)，在精密儀器儀表、航空航天、智能機(jī)器人等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。對(duì)探月工程來(lái)說(shuō)，減少運(yùn)載器上的重量尤為重要，南航此次研制的這臺(tái)超聲電機(jī)重量?jī)H46克，是同等傳統(tǒng)電機(jī)重量的1/10，直徑僅約30毫米。

“普通電機(jī)的轉(zhuǎn)速，每分鐘要上千轉(zhuǎn)，但光譜儀啟動(dòng)和關(guān)閉的速度是很慢的，如果要給電機(jī)降速，就需要加裝減速部件，這將給航天器加重負(fù)擔(dān)。而升空的重量控制得很?chē)?yán)，也要盡量節(jié)約能源。”趙淳生說(shuō)，他們自主研發(fā)的這款超聲電機(jī)，每分鐘的轉(zhuǎn)速只有40轉(zhuǎn)，這樣緩慢的轉(zhuǎn)速，只需要一級(jí)行星減速器，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，對(duì)電流的響應(yīng)也很快。

“月球背面的工作環(huán)境比地球復(fù)雜得多。”趙淳生告訴記者，團(tuán)隊(duì)在研發(fā)超聲電機(jī)時(shí)，遇到的最大難題便是月球上的復(fù)合環(huán)境：氣壓低、空氣密度小，還有難以想象的超低溫。在南航機(jī)械結(jié)構(gòu)力學(xué)及控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，記者看到一臺(tái)碩大的機(jī)器，這是為模擬月球表面的環(huán)境，用于研究探月超聲電機(jī)在真空環(huán)境的工作情況。

“將氣壓降低一個(gè)數(shù)量級(jí)十分不易，實(shí)驗(yàn)室需要對(duì)超聲電機(jī)模擬低溫、高溫、絕熱等多組實(shí)驗(yàn)。”趙淳生介紹，研發(fā)團(tuán)隊(duì)的專(zhuān)家們?yōu)樘皆鲁曤姍C(jī)做過(guò)包括機(jī)械特性、壽命、月塵等試驗(yàn)100多次。通過(guò)試驗(yàn)，不斷改進(jìn)超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu)和材料，如今，超聲電機(jī)的工作環(huán)境已經(jīng)通過(guò)-120℃至180℃驗(yàn)證，能夠滿(mǎn)足月球上的復(fù)合環(huán)境。(楊頻萍 吳紅梅 孫 慶 張 宣)

標(biāo)簽： 嫦娥四號(hào) 超聲電機(jī)