玉兔」月背拓荒記:已存活400多天

 

玉兔二號拍下的月球背面和自身影子。國家航天局探月與航天工程中心供圖

 

「玉兔迴旋舞」

　　「玉兔回眸」

　　傳說中的「萌兔子」——玉兔二號月球車又醒了。3月18日，在歷經14天的極寒月夜之後，玉兔二號自主喚醒再次「復工」，迎來此次探月之旅的第16個月晝。至此，玉兔二號已在月球背面存活400多天，累計行駛裡程405.44米。

　　「已經400多天了？」有網友在點讚之餘感慨玉兔二號生命力之頑強。事實上，早在2019年12月，玉兔二號在月球背面累計運行超過340天之時，就已經成為世界上在月面工作時間最長的人類探測器。此前，這一紀錄由世界上首臺月球車、蘇聯的月球車1號創下，並保持了近半個世紀。

　　關注探月動態的人經常聽到這樣的消息：「玉兔二號又醒了」「嫦娥四號再次進入午休狀態」，等等。那麼，在月球背面的400多天裡，嫦娥四號和玉兔二號這兩個備受關注的中國探測器，除了「行走」「入睡」「午休避暑」究竟還幹了啥？

　　「動若脫兔」：或回眸或跳迴旋舞

　　2020年1月3日，國家航天局探月與航天工程中心發布一張名為「玉兔迴旋舞」的照片，引發關注。從照片上看，玉兔二號在原地「畫了一個圈」，對月面選定地點進行360°的「踩點」。

　　更準確地說，這是玉兔二號在進行原地轉向探測：先行駛到預定探測區域，然後依次分8個偏航角轉動一圈，在不同的航向角下，紅外光譜儀、中性原子探測儀等設備「上線」——開機探測，避障相機成像，探測完畢後，將探測數據傳回地球。

　　除此以外，玉兔二號還有專屬的「玉兔回眸」——車轍探測。北京航天飛行控制中心的「玉兔駕駛員」事先計算好轉向角度，確保紅外視場覆蓋玉兔二號行駛的車轍。根據地面發送的指令，玉兔二號的「腦袋」轉向約180°，利用紅外光譜儀「回頭看」，對車轍壓翻出來的月壤進行探測。

　　玉兔二號還是一隻專注的「兔子」——定點探測。這是玉兔二號在「立定」狀態下，研究太陽高度角變化對月面某點的反射光譜影響。

　　據國家航天局探月與航天工程中心科研人員介紹，當玉兔二號行駛到預定地點後，轉向選定航向，隨後每隔兩個小時進行一次紅外探測，適時進行紅外定標和中性原子探測，在月夜來臨前結束定點探測工作，並尋找休眠點。

　　不管是「玉兔迴旋舞」，還是「玉兔回眸」，如果用一句話來概括，在過去一年多裡，嫦娥四號著陸器開展定點探測「靜若處子」，玉兔二號月球車開展巡視探測，則是「動若脫兔」。一靜一動，在遙遠的月球背面上演著一道「勤勞拓荒」的風景線。

　　這些拓荒得到的數據、圖片，經過地面科研人員的分析處理，轉化成了科學成果，拓展了人類對於月球的認識邊界。

　　來自國家航天局探月與航天工程中心的說法是，2020年新冠肺炎疫情來襲，不過，這並沒有讓玉兔二號和它背後的科研團隊按下「暫停鍵」：在2020年1月3日嫦娥四號著陸月球背面一周年時，該中心對外發布各級科學數據超過210GB，中外科學家團隊根據這些數據取得一系列重要科學發現。

　　2月27日，中國科學院國家天文臺研究員李春來領銜的科研團隊，通過玉兔二號身上搭載的測月雷達，獲取就位探測數據，經過研究發現：月球背面地下物質由低損耗的月壤物質和大小不同的大量石塊組成。這是人類第一次揭開月球背面地下結構的神秘面紗。

　　李春來說，從這項成果可以看到「一些人類此前從未看到的內容」：從月球表面到地下12米，該地層為細粒月壤、內嵌有少量石塊，是由多個撞擊坑互疊的濺射物風化而成；從地下12米到24米，內部存在大量的石塊，形成了碎石層和碎石堆，夾雜在細粒月壤之中；而從地下24米到40米，則是不同時期、更古老的濺射物沉積和風化產物，這些都大大拓展了人類的認知範圍。

　　在月亮之上，聰慧的「嫦娥」和勤勞的「兔子」在努力走得更遠、工作時間更長，為人類提供更多科學數據。

　　月球上的一天：一半時間都在「睡覺」

　　在有關玉兔二號的消息中，人們經常聽到「休眠」和「喚醒」兩個詞,從字面理解仿佛是生命體的生物本能,而玉兔二號是一個精密的月球探測器,怎麼也需要這樣的操作？

　　這還要從月球的客觀環境說起。月球的一天相當於地球上的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,在過低溫度下工作，會對月球車及其搭載的科學設備造成損害。

　　也因此，在月夜到來之前，玉兔二號便按照預定策略行駛到休眠點，將車頭轉向南，固定側太陽帆板朝東。隨著太陽高度角下降，氣溫逐漸降低，地球上的「玉兔駕駛員」便控制玉兔二號開通供熱裝置，接入「暖氣」。

　　月夜來臨時，玉兔二號開始休眠設置，收攏桅杆和一側太陽帆板, 使用核源進行保溫，採用安全的姿勢進入「夢鄉」。

　　14天後，太陽升起，月球的白天到來，新的月晝開始了。

　　當陽光照射到玉兔二號身上，固定側太陽帆板達到一定發電功率後，便會自主喚醒啟動——電源接通，中心計算機開機，活動側太陽翼和桅杆依次展開，並主動向「鵲橋」中繼星發出通信信號,告訴地球上的「玉兔駕駛員」：「我起床了！」

　　收到信號後，地面的「玉兔駕駛員」便向玉兔二號發送最新指令,進行參數設置，玉兔二號進入月晝工作狀態。

　　當然，即便是到了月球的「白天」，這隻「兔子」也並非一頭扎進科學探索的「工作狂」。當月晝的「中午」來臨，月球表面氣溫達到最高，玉兔二號便轉動車頭向西。相應地，地面的「玉兔駕駛員」則設置玉兔二號進入最小工作模式，讓它更好地進入月午「避暑」。

　　隨著太陽高度角下降，氣溫逐漸降低，降到適宜工作的溫度後，地面的「玉兔駕駛員」則設置玉兔二號退出最小工作模式，開始月晝「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。從這個意義上來說，「月夜休息」「月晝午休」這些也都是玉兔二號工作的一部分。

　　「長壽兔子」：探測成果更重要

　　根據國家航天局此前發布的數據，玉兔二號的設計壽命為3個月。如今，玉兔二號的存活時間早已超過這一數字，甚至超越蘇聯的「前輩」，成為工作時間最長的「長壽兔子」。

　　不過，在中國航天科技集團八院玉兔二號移動分系統主任設計師劉殿富看來，不管是玉兔二號壽命的長短，還是其行走距離的遠近，都不是當前最主要的指標。在他看來，更重要的問題在於，玉兔二號能否探測到更多的科學成果。

　　他說，3個月只是科研人員設計的「壽命底線」，在滿足底線要求的前提下，科研團隊當然希望玉兔二號能夠工作一年甚至更久。事實上，我國第一臺月球車玉兔號的設計壽命也只有3個月，但最終在月球上工作了972天。

　　按照劉殿富的說法，所謂的「設計壽命」是根據工程目標而制定：2019年1月3 日，嫦娥四號探測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，玉兔二號月球車與著陸器成功分離，分別開展科學探測；1月11日，兩器完成互拍成像，中外科學載荷工作正常，達到工程既定目標，標誌著嫦娥四號工程任務圓滿成功。

　　「這些工程目標的完成，就實現了預定計劃，科研人員正是根據這些目標設計了玉兔二號的壽命長度。」劉殿富說，接下來的探測，從某種程度上說，都是「規定動作」之外的任務。

　　6年前，玉兔二號的「姐姐」玉兔號，在月球虹灣上行走114.8米後，突然出現電纜短路，從此再也無法行走。這是中國航天科技集團八院嫦娥四號副總指揮兼副總設計師張玉花在那次任務中最難忘的事，「我當時想，如果能把我送上月球，包紮一下，可能『玉兔』就好了！」

　　從那以後，張玉花帶領團隊不斷優化設計，反覆評估驗證，他們花費了5年時間，就是確保後續任務萬無一失。她說：「當我看到『玉兔』站在荒蕪的月球上，我覺得它像只銀白色的天鵝，比什麼都美。現在我們的玉兔二號去月球背面了，我們希望它美麗又勇敢，一直走下去。」

　　中國航天科技集團五院嫦娥四號巡視器總體主任設計師申振榮說，玉兔二號相比於玉兔號，身體更為「健壯」，應付困難的能力更強，「如果將它比喻成一個孩子，雖然外表看上去沒有太大變化，但它更成熟了，內功更強了。」從這個角度來看，玉兔二號未來的表現也更加值得期待。

　　在此前的一個月晝裡，應科學家團隊要求，玉兔二號向行進路線南側一個撞擊坑逼近，因為周邊地形太過複雜，這隻「兔子」只得「望坑興嘆」。但最終，它還是探測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。

　　隨後，玉兔二號一個轉身，毅然告別了南側的深坑，繼續探索徵程。等待它的，將是下一個月球日。

　　中青報·中青網記者 邱晨輝