月球是夜空中最好找的天體。作為地球唯一的自然衛星，它始終都在夜空中東昇西落，有時還會消失幾天。
一直以來，人類對月球的想象、探索從未停止。1969年7月20日，人類第一次登月成功，為了紀念這一天，每年的7月20日被定為“人類月球日”。
現在，中國探月工程的三步走目標逐步都要實現了。未來，我們也許可以在月球建基地、採資源，從月球出發去向更深遠的星空。
劉殿富
中國航天科技集團八院研究員
玉兔二號移動分系統主任設計師
為什麼要去月球的背面？
這張照片相信大家都已經很熟悉了，這是嫦娥四號探測器著陸月面之後拍攝的第一張近距離的月背影像圖。
嫦娥四號拍攝的月背影像圖
嫦娥四號著陸到月背，實現了人類首次月球背面的軟著陸和巡視探測。很多人可能會有疑問，月球背面不是沒有陽光嗎？為什麼這張照片陽光明媚呢？
其實月球背面並不是背對著太陽，而是背對著地球，所以，它也是有白天和晚上的，只不過它的一天大約相當於地球的一個月。
那麼，我們為什麼要去月球的背面呢？
首先，我們在地球上永遠看不到月球的背面，人類也從未踏足過月背，那裡古老而神秘，對我們而言始終是一個謎。第二，月球背面沒有地球大氣層的影響，也沒有來自地球的電磁波干擾，是開展天文觀測和研究的理想之地。
2018年12月8號凌晨，嫦娥四號發射時，我在北京飛控中心的電腦前觀看發射。當時微博上有人直播發射情況，在火箭升空進入雲層後宣稱任務成功。
實際上當時我們仍然緊張的盯著電腦屏幕，看著火箭的飛行曲線與預期的完全一致，然後是精確入軌、器箭分離，直到著陸器太陽電池翼展開，這個時候我們知道發射成功了！
“嫦娥四號”飛行軌道示意圖
那麼接下來幾天，可以看這個軌道的圖，是經過了幾次的軌道修正，到達月球附近之後進行近月制動、環月降軌。在2019年1月3號進入了一個動力下降的過程，開始著陸。
為什麼嫦娥三號從發射到著陸需要12天，而嫦娥四號需要26天呢？
其實我們從同樣的時間發射，到達月球的時間也基本相同。當嫦娥三號到達月球時，月球正面是白天，背面是晚上，剛好適合在月球正面著陸。
而嫦娥四號到達月球時，同樣月球正面是白天，背面是晚上，所以就繞著月球飛了半個月，等到月球背面是白天再著陸。
下面我們來看一下官方發佈的著陸過程視頻。
嫦娥四號月揹著陸視頻
月背第一道腳印
玉兔二號順利到達了月背，馬上就遇到了一個難題，可以看到玉兔二號正前方這個大坑，實際上附近有很多個大的撞擊坑，我們要怎樣從這些撞擊坑中突圍呢？
嫦娥四號巡視器行駛路線圖
從行駛路線圖可以看到，玉兔二號周圍撞擊坑密佈，每個圈表示一個撞擊坑。月背的撞擊坑經歷千萬年甚至上億年的時間，坑裡面的月壤可能變得非常鬆散，有可能使車輪深陷其中。
為了避開這些撞擊坑，到達科學家指定的考察點，我們每走一步都要對周圍一圈地形進行拍照，然後把照片拼接在一起形成一張完整的地形圖。
飛控中心的玉兔駕駛員們詳細計算，精心規劃，既要避免逆光行走和逆光拍照，又要避開撞擊坑，最終找出一條羊腸小道，指揮玉兔二號成功突圍，一路向西。
突圍成功之後，是不是就是一馬平川了呢？
我們又讓玉兔二號回頭看了看它走過的路。我們發現，它和月球正面不大一樣，它的車轍不像月球正面那麼清晰，這是為什麼呢？
我們查看了避障相機的圖像，發現車輪上沾滿了月壤，玉兔二號走的過程中月壤被捲起，走過之後再落在車轍上，所以車轍很不清晰。
大家知道，我們著陸的地方叫馮·卡門撞擊坑，是一個有著上億年曆史的撞擊坑，它的直徑有幾十公里，地形平坦，山峰比較少，只有在中間的地方有一箇中央峰。從車轍來看，這裡的月壤非常鬆散。
在這樣的月壤上行走，我們的車輪為什麼不會陷下去呢？
玉兔二號具有直線行走、曲線行走和原地轉向的能力。它的機動性比較強，有利於在危險地形下的脫困。
它有六個車輪，但只有一根軸跟車體連接，這裡邊的機構可以保證，不管是過障礙坑還是碾過石塊，任何地形下六個車輪都始終與月面接觸，防止翻車。
最後是輪面構型，是篩網的構型，它的重量比較輕，每個車輪只有700克。另外這種構型不容易沉陷，在鬆散月壤上移動時，即使陷進去，月壤也不會在車輪前面堆積導致越陷越深。
所以，我們在設計上已經從機動性、穩定性和車輪構型三個方面，把在月背移動的沉陷風險降到了最低。
有了駕駛員的精準駕駛和我們設計上的可靠保證，經過13個月之後的安全駕駛和穩健巡視，玉兔二號的移動距離突破300米、工作時間滿一年，超過前蘇聯月球車，成為在月球上工作時間最長的月球車。
很多人也許也會有疑問，13個月晝相當於一年多一點的時間為什麼只走了358米呢？
國外月球車和火星車移動距離統計
我們看這張圖上，國外月球車和火星車的移動距離統計，不管是前蘇聯和美國星球車都有幾十公里的移動記錄。
為什麼我們玉兔二號走得這麼慢？
其實，我們的設計速度每小時可以走幾百米，但玉兔二號不是來月球賽跑的，我們的目的是科學探測和科學研究，有時候為了精確探測，我們會幾釐米幾釐米，甚至達到毫米級的靠近目標。
第一個在月球背面種棉花的人
著陸器配置的科學載荷
玉兔二號上配置的科學載荷主要包括全景相機、測月雷達、紅外光譜儀、中性原子探測儀。這些載荷用於月球地質探測、宇宙天文科學等領域的科學研究。
玉兔二號配置的科學載荷
嫦娥四號還有一個很重要的特點就是國際合作。
在嫦娥四號火箭整流罩上的相關方標誌裡，除了中國國家航天局和中國探月工程的標誌外，還包括4大國際合作夥伴：德國、荷蘭、瑞典和沙特。
火箭整流罩上的任務相關方
其中，跟嫦娥四號中繼星一起發射的龍江二號微衛星上搭載了沙特相機，為沙特拍到了第一張月球照片，以及網上廣為流傳的最美地月合影，照片在英國《獨立》報和美國《科學》雜誌上刊發。
這也是中國航天與一帶一路沿線國家合作的又一個標誌性成果。
最美地月合影
嫦娥四號上還搭載有一項由重慶大學牽頭研製的科普載荷——“月面微型生態圈”，搭載了棉花、油菜、土豆、擬南芥、酵母和果蠅六種生物。
這是第一次，在月球上有一棵來自地球的植物發芽了，我們也成為了第一個在月球種棉花種土豆的人。
微博上也有人在說，我們是走到哪種到哪的民族。
走到哪，種到哪
中國探月史回顧與展望
從2007年嫦娥一號到現在，目前我國仍有5個月球探測器同時在工作：包括嫦娥二號、嫦娥三號著陸器、鵲橋號中繼星、嫦娥四號著陸器和玉兔二號月球車。在2019年7月，龍江二號微衛星退役前，我們同時有6個月球探測器在軌工作。
嫦娥一號是我國首顆月球衛星，實現了繞月飛行目標，是實現了我們繞、落、回三步的目標裡面的第一步。
嫦娥二號同樣也實現了繞月探測的目標，探測時拍攝的月面全景圖，至今仍用於玉兔二號的路徑規劃。
嫦娥二號完成任務之後飛向了深空，在穿過小行星帶時對圖塔蒂斯小行星進行了清晰成像。
中國探月史回顧與展望
嫦娥三號探測器和玉兔號月球車實現了落月探測的目標，是我國探測器首次地外天體軟著陸和巡視勘察。
下一步，嫦娥五號將實現月面採樣返回。
它包括四個部分：軌道器負責地月往返；著陸器負責帶著上升器一起著陸到月面；開展采樣之後，上升器負責從月面起飛，飛到月球軌道之後，和軌道上的軌道器對接；返回器負責攜帶樣品著陸地球。
嫦娥五號探測器結構
這個過程非常複雜，之前前蘇聯也實施了很多次的嘗試，最終成功了三次，帶回了300多克的月壤，我們的嫦娥五號這次預計帶回2千克的月壤。
夢中的月球基地
2013年12月底的時候，我們嫦娥三號的著陸器拍攝到了地球的照片。從那個時候起，我就時常夢到我是月球基地的一名工作人員。當我工作的間隙，偶爾會回頭看一下遠處的地球家園。
中國探月工程的三步走的目標，逐步的都要實現了，然而，這並不是終點。
未來，我們可以在月球建基地，開採月球資源，在月球建造火箭，從月球出發去探索更遙遠的深空。甚至，我們還可以到月球去旅遊。
夢想雖然很遙遠，夢想也終將實現。
文字 | 劉凡 ；視頻 | pencil
版面 | 田曉娜
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