这是我们“大国科技范”系列的第三篇文章，昨天我们了解了“鹊桥”中继卫星的重大作用，今天我们再来了解一下奔月家族的核心成员们是如何探测月球的吧！

古往今来，人们对月亮总是怀有一份特殊的情感。嫦娥奔月的神话，便寄托了中国古代先民对于月亮的向往。

人类最早的一次有记录的“登月计划”，来自中国明朝一位名叫万户的工匠。国际天文联合会将月球上的一座环形山命名为“万户”，以纪念这位伟大的航天事业先行者。

随着天文学的发展，人们发现月球是距离地球最近的星体，是人类走出地球迈入太空的第一站。

因此，“登月”这份浪漫又壮丽的梦想在千百年之后，又多了一层更加深远的战略意义。

在这个中华民族伟大复兴的关键阶段，中国自然不能落于人后。早在2004年，我国就已经开展了月球探索工程，并在今天取得了一系列重大成果。

征途起步：奔月

2007年10月24日，长征三号甲火箭成功将我国首颗绕月人造卫星“嫦娥一号”运载升空。

航天器在运行的过程中，为了将实际运行轨道与标准轨道之间的偏离量控制在一定范围之内，往往需要利用航天器上的动力装置调整运行速度，修正轨道参数。

然而，由于卫星轨道控制得“非常精准”，嫦娥一号奔月途中原定的3次轨道修正，实际上只实施了1次，飞行表现堪称完美。

进入环月轨道之后，嫦娥一号就开始将月球照片源源不断地传回地球。除了直接拍摄的月球平面图，卫星还利用激光高度计对月表的地形信息进行了探查。

激光高度计的基本原理是“真空或均匀介质中光沿直线传播”，根据光的传播速度、光束到达月球表面的时间和角度，就可以计算出月球各部位的“身高指标”，最后，人们将平面图像整合就可获得月球表面的三维“立体照片”。

值得一提的是，嫦娥一号卫星使用的是我国第一次自主研制的应用于空间探测的激光主动遥感仪器，各项技术指标均明显优于同期工作的日本“月亮女神”激光高度计。

“嫦娥一号”激光高度计在约一年的工作中，不仅获取了912万点有效全月面三维高程数据，还首次有效地获取了月球南北两极的高程数据，填补了这一领域的空白。

而根据嫦娥一号拍摄数据制作完成的“中国第一幅全月球影像图”，也是目前世界上已公布的月球影像图中最清晰的。

嫦娥一号任务的圆满完成，标志着中国航天正式迈入深空探测新时代。

作为探月二期工程的先导星，嫦娥二号也于2010年10月1日在西昌卫星发射中心发射升空。

除了延续嫦娥一号的科研目标，对月球表面做出进一步的科学探测之外，嫦娥二号还承担了更多新的科研任务，不仅升级了成像设备，还将卫星的运行速度从200公里降低至100公里，图像分辨率也从嫦娥一号的120米精确到了7米。

同时，嫦娥二号还对嫦娥三号预选着陆区——虹湾进行了拍照，为下一步的月球软着陆做好了准备。

嫦娥二号还创造了航天领域的多项“世界第一”，其中就包括首次从月球轨道出发飞赴日地拉格朗日L2点进行科学探测。

航天器在太阳和地球的引力作用下，位于空间中的一点时，可以相对于太阳和地球保持静止，这一点就被称为日地拉格朗日点。

理论上每两个大天体之间都存在5个拉格朗日点，但由于还会受到其他天体的影响，通过计算得出的拉格朗日点并不全都是稳定的。

而日地拉格朗日L2点就是一个相对稳定的拉格朗日点，位于此处的卫星只需要消耗极少量的燃料就能长期驻留，是探测器、天体望远镜定位并观测太阳系的理想位置，具有极高的探索价值。

嫦娥二号挣脱了地球引力的束缚，与地球间的距离突破6000万公里，成为我国首个人造太阳系小卫星，开启了中国航天器飞行距离最远的一次“太空长征”。

超越前人：落月

按照我国探月工程“绕、落、回”三步走的任务计划，在第一期“绕月”任务圆满完成之后，于2013年发射的嫦娥三号就正式拉开了我国探月二期工程的帷幕。

在此之前，世界上仅有美国和苏联成功实现了无人月球软着陆。

嫦娥三号探测器进入环月轨道之后，经过主减速段、快速调整段、接近段、悬停段、避障段、缓速下降段６个阶段的减速，最终从距离月球表面15公里的高度实现了安全着陆。

这次任务的圆满成功，意味着中国成为了世界上第3个具有月球软着陆能力的国家。

嫦娥三号的软着陆方案与国外的做法相比，新增了悬停和避障阶段，探测器可以对着陆区地形进行更加精确的勘察，对运动状态和环境参数的感知速度也有所提高。

而完全由我国自主研制的变推力发动机，也更好地适应了不同飞行阶段对发动机推力的需求，极大地提高了着陆的安全性。

除了月球软着陆，我国还在这次任务中首次实现了对月面探测器的远程操控。而“玉兔”号月球车在地面远程操控的基础上，又增加了自主完成局部规划、避障和安全监测、应急保护的能力。

嫦娥三号圆满完成任务之后，嫦娥四号又承担起了更新的任务和挑战——月球背面软着陆。

在此之前，世界上还没有实地考察月球背面的先例。

嫦娥一号卫星系统总指挥兼总设计师叶培建院士指出，月球背面软着陆的最大难点在于地月之间的潮汐锁向，它导致人类在地球上只能看到月球的正面，无法与月球背面直接通信。

如果通信问题得不到解决，嫦娥四号的工作就不能正常开展。

为此，科学家们提出了一个有效，而且成本最低的解决方案——向地月拉格朗日L2点发射一枚中继卫星，以它为媒介联络地月两地。

2018年5月21日，“鹊桥号”中继星成功发射并进入地月拉格朗日L2点使命轨道，成功采集月球信息并实时进行対地通信。

通信问题得到解决之后，嫦娥四号探测器在今年的1月3日10时26分，成功软着陆月球背面的冯·卡门撞击坑，并为世界送上了第一张近距离拍摄的月背影像图。

探月工程嫦娥四号任务的圆满成功，首次实现了地球与月球背面的测控通信，也是人类历史上首次实现航天器在月球背面的软着陆和巡视探测。

再接再厉：返回

在成功实现了软着陆和巡视探测之后，嫦娥四号工程正式转入了科学探索阶段。

而探月计划的三期工程，“奔月落月—采样—返回地球”的嫦娥五号计划也将在今年年底正式开展。

如果实施顺利，嫦娥五号将为中国取回第一抔月壤，并突破“返回”方面的多项关键技术。

从神话传说到万户飞天，从“东方红”升空到载人航天，中华民族在探索浩渺宇宙的路上从来都没有停下追寻的脚步。

敢上九天揽月！从嫦娥一号到嫦娥五号，一路走来，经历了无数艰辛，也创造了无数奇迹。

相信中国的探月计划一定能在不久的将来得到实现，并以月球为征途的起点，向更加浩瀚的星空迈进。

文章来源于百家号北京科学中心