2018年12月8日2時23分，我國在西昌衛星發射中心用「長征三號乙」運載火箭成功發射「嫦娥四號」探測器，開啟了人類首次月球背面軟著陸的探測之旅。「嫦娥四號」登上了月球背面，地點是南極-艾特肯盆地（SouthPole﹣Aitkenbasin）裏的馮•卡門環形山。這是人類探測器第一次在月球背面軟著陸。

1959年，蘇聯的「月球3號」探測器讓人們遠遠窺見了月球背面的樣子。1968年，美國「阿波羅8號」宇航員，第一次用肉眼看到了它。

作為普通人，雖然可以在任天堂發行的遊戲《超級馬里奧：奧德賽》中，穿上宇航服，在所謂「月之暗面」的關卡裏遊覽個痛快，但所見終究不如現實裏那麼「貨真價實」。艾特肯盆地是太陽系內已知第二大的環形山，直徑超過2500公里。科學家們在20世紀90年代就希望一睹其芳容，那裏的岩石可能有40億年的歷史，還含有相當含量的氦-3與液態冰。

2018年2月，印度宣稱「月船2號」將探測這一地區。這裏也是美國宇航局早就希望「落腳」並派遣機器人取回岩石樣本的地方。不過，最終還是中國的月亮女神「嫦娥」先行一步。

月球的背面有什麼

在地球上，月球背面是無法觀測的「盲區」。所以，關於它的陰謀論極其流行。比如遇克爾‧貝爾執導的電影《變形金剛3：月黑之時》就篡改了「阿波羅11號」的登月歷史。影片中，美國前總統甘迺迪在「阿波羅11號」登陸前，提醒宇航員注意外星人的行蹤。果然，宇航員們在月球上發現了飛船「方舟」和年邁的汽車人「禦天敵」。

突然，全球直播的登月實況中斷。甘迺迪命令阿姆斯壯不遺餘力地跑向月球背面，，在無線電信號中斷的21分鐘裏，阿姆斯壯是在執行另一個任務——從月球背面帶回變形金剛的核心科技——當個故事聽聽就好了。因為”阿波羅11號”的著陸點是靜海，北緯0.8°，東經23.5°，幾乎就在赤道上。

如果這個說法成真，相當於阿姆斯壯在21分鐘內穿著宇航服跑完四分之一的月球赤道長度。長度算27oo公里的話，阿姆斯壯一分鐘就要跑將近130公里。如果他要在21分鐘後準時出現在鏡頭裏，那就是一個來回，一分鐘就要跑260公里了。如果他有這種速度，除非也是個變形金剛……

其實月球也很委屈。它只是自己不會發光。而且，它不僅繞著地球公轉，也繞著自身的軸自轉。它的自轉速度與繞地球公轉所需的時間相等。這個原理也被稱為「潮汐鎖定」，大的天體對小的天體形成潮汐力，使小天體一直以同一面「示人」。月球的公轉週期和自轉週期為1：1，因此，在地球上的人看來，月球總是露出它的「正面」。

如果有一天人們站在火星上，也會發現火星的衛星——火衛一、火衛二，同樣有著「潮汐鎖定」現象。

而且，「嫦娥四號」探索的還是月球背面的高緯地區。過去，美國和蘇聯都向月球發射過很多探測器，不過範圍都局限在赤道兩側26°的帶狀地區。包括宇航員的活動範圍。因為天體表面的線速度不同，南北極的線速度最小，赤道的線速度最大，等於零。

這就好比一把轉動的雨傘。傘頂相當於北極，轉動時，線速度最小。傘的邊緣相當於赤道，轉動時，雨水會從這裏而不是傘頂飛出去，因為這裏的線速度最大。發射時，赤道上耗費的能源是北緯70°的一半。所以，地球上的很多火箭發射基地都儘量選在低緯度地帶，像中國的文昌，法國的庫魯。在月球也是一樣的道理，赤道附近降落也容易，再出發也容易。

馮•卡門環形山的座標是南緯45.5°，東經177.6°o顯然，「嫦娥四號」迎難而上。

嫦娥四號1月3曰降落在月球南極-艾特肯盆地馮•卡門撞擊坑，成為首個在月球背面軟著陸的人類探測器。

中國探月工程

「嫦娥四號」其實是個「備胎」。它原本的命運是，做「嫦娥三號」的備份探測器。2013年，「嫦娥三號」圓滿完成了任務，著陸在月球正面的虹灣，還留下了令人魂牽夢縈的月球車「玉兔」。這樣，「嫦娥四號」又有了新使命。

它包含了登陸器和漫遊車。登陸器重1.2噸，漫遊車重140千克。登陸器有放射性同位素熱電機，可以在三個月的任務期限裏為搭載的科學儀器供電。漫遊車才是探索月球背面的主角。而且，經過將近45萬中國公民的投票，它的名字叫「玉兔二號」，以此來紀念它的弟弟或妹妹——在月球孤獨工作了972天后停擺的「玉兔」。

「玉兔二號」配備了太陽能電池板，能挖掘和分析土壤樣本，還搭載了全景攝像機來拍攝月球表面的三維圖像，也搭載了探測雷達、可見光和近紅外成像光譜儀，來探測月球背面的地形和礦物組成成分。

它還帶了一個3千克的密封容器，裏面裝了馬鈴薯、擬南芥種子和蠶卵，好測試植物和昆蟲能否在月球共生。蠶卵一旦孵化，幼蟲會產生二氧化碳，而蔭發的植物會通過光合作用釋放氧氣，有望在容器內共建一個微型的生態系統。這一實驗由28所中國大學設計。1982年的時候，蘇聯「禮炮七號」空間站就種了一些擬南芥，它們在太空開花、死亡，壽命為40天。

「嫦娥四號」靠「鵲橋」向地球傳遞佳音。「鶴橋」是2018年5月發射的中繼衛星，就處在地月之間的拉格朗日L2點。因為月球背面無法和地球直接通信，漫遊車必須要先把信號發到”鵲橋”上，進行一次”資訊中轉”。當年「阿波羅11號」飛到月球背靣的時候，通信聯繫全部中斷，在那半個多小時裏，整個地球都屏住了呼吸。

「嫦娥四號」是中國探月工程的一部分。整個龐大的計畫也稱”嫦娥工程”，由中國國家航天局主導，於2003年3月1曰正式啟動。可能需要30多年的時間完成。

「嫦娥工程」分「大三步」和「小三步」。「大三步」是「探」「登」「駐」——無人探月，載人登月，長久駐月。其中「探」分為「小三步」，「繞」「落」「回」。

「嫦娥一號」和「嫦娥二號」做的是”繞」，2007年啟動，作為月球軌道器，在距離月球表面兩千公里的高度繞月飛行，進行全球探測。「嫦娥三號」和「媒娥四號」做的是「落」，2013年啟動，發射月球著陸器，落到月球表面，釋放一個月球車，在著陸區進行詳細探測。

所以，「玉兔二號」也將陪伴「玉兔」，永遠留在月球表面。但是它們很快就能等來「能回家」的「玉兔三號」。

到「嫦娥五號」「嫦娥六號」，就會發射月球自動採樣返回器，降落到月球表面採集樣本後，返回器還會回到地球。這就是「回」。目前，「嫦娥五號」預定在2019年12月前後發射，「嫦娥六號」預定在2024年發射。

「小三步」完成得差不多了，「載人登月」就會提上日程，並在2030年代得以實現。那時，中國也可以把「一小步」變成「全人類的一大步」了。

「嫦娥四號」的關鍵技術

「嫦娥四號」跟「嫦娥三號」結構類似，完成的任務也類似，突破的技術難關也比較接近。

月球表面沒有大氣，沒法利用氣動減速的辦法著陸。嫦娥四號首先要靠自身推進系統減少近1.7km/s的速度，這要求它自己的推進系統的速度增量必須夠大。同時，下降過程中，探測器的品質不斷減小，重力也隨之變化，自身的推力也要可以調整才行。

軟著陸的下降過程，是個時間短、速度變化大、不可逆的過程，沒法依靠地面實施制導和控制，只能靠自己的GNC系統——利用基於對月測速、測距和地形識別的敏感器來進行全自主的制導、導航、控制。而且月球背面很少有”完整」的地方，坑坑窪窪，嫦娥四號還得有一定的自主避障能力。

著陸時，著陸器撞擊月面會形成較大的衝擊載荷，必須要有著陸緩衝系統來吸收衝擊載荷，還得保證它不翻倒、不陷落，給探測器一個穩固的”肩膀”。

巡視探測的過程也很複雜。月球車要在有限的能源下前進、後退、轉彎、爬坡、越障，並保持運動的穩定性。車輪形態、懸架形式、月壤可行駛性和移動性能仿真性都是要處理的問題。

到了預先指定的工作地點後，月球車還要具備在環境中識別危險、確定自身姿態位置、辨別目標位置、規劃到達目標位置的能力。這需要基於多種感測器資訊融合的路徑規劃技術。

這些難點，「嫦娥三號」和「嫦娥四號」都攻克了。「嫦娥四號」主要是優化了降落過程的制導程式，月球車也會等待電力充滿再工作。

我們為什麼奔月

地球人很早就惦記著「上月球」了。「瓊樓玉宇，高處不勝寒。」科幻小說家儒勒•凡爾納寫了（從地球到月球〉，吸引了魯迅為之翻譯。他在序言中連連稱奇：「然人類者，有希望進步之生物也，故其一部分，略得光明，猶不知魘，發大希望，思斥吸力，騰空氣，泠然神行，無有障礙。」

當然，登上月球，一方面是滿足科學探索的好奇心，一方面也有很多現實的因素。「阿波羅號」任務帶回的樣本證實了氦-3的存在。根據探測結果，月球上的氦-3含量估計在100萬噸以上。氦-3是氦的同位素之一，地球上的儲量極其稀少，只有10-15噸。使用氦-3的核反應爐沒有中子，因為純氦-3的熱核反應只會產生沒有放射性的質子，因此也就不會產生輻射。

據專家計算，如果採用氘和氦-3進行核聚變反應來發電，美國年發電總量僅需消耗25噸氦-3。以目前全球電價和空間運輸成本算，1噸氦-3的價值約40億美元。但隨著空間技術的成熟，運輸成本一定會下降。法國科學家就宣佈2030年將使用氦-3進行商業發電。

印度也早就瞄準了月球上的氦-3。原定於2018年發射的「月船2號」的目的正在於此。不過，對月球開採，只有美國和盧森堡通過了立法，允許商業實體將太空開採的東西據為己有。目前，還沒有任何國際性條約。

月球南極的艾特肯盆地，正是氦-3的豐富儲地。「嫦硪工程」的「科學目標」中就包括，「評估月壤中氦-3的資源量與分佈」。

除了為地球提供能源，月球最大的作用還是做一個”中轉站」。比如建天文臺。沒有大氣層遮擋，沒有電磁波干擾，絕對是天文觀測的最佳場所。此外，從月球背面能看到宇宙深處，從月球南極能看到銀河系的中心。

在月球上建火箭發射場也特別有利。首先燃料可以就地取材，其次重力小，發射輕鬆。所以美國的長期空間探索計畫是要先建立月球基地，再從月球基地出發去探索火星。

大國之間的太空競賽

相對於美國航太事業的「遙遙領先」蘇聯-俄羅斯的殷實家底，印度一直希望坐穩「第三名」的位置。不過這一願望一直未能順利實現。

繼美國和俄羅斯之後，中國是第三個用自己的火箭將自己的宇航員送上太空的國家。首次載人行動是2003年，從那以後，中國已經將11名宇航員送入太空。2016年，兩位中國宇航員在中國的第二空間站「天宮二號」駐留了30天。一旦國際空間站退役——特朗普政府已經提議在2025年前終止聯邦撥款，那麼「天宮二號」將成為軌道中唯一的空間站。

2018年，中國向太空發射了38枚火箭——首次在數量上超過了其他國家；10月有一次發射任務失敗。長征-5重型火箭也將擔負更大的責任，雖然尚未得知它何時執行低地軌道任務，但有消息表明它有可能發射東方紅-5衛星。

2018年的大多數發射中，中國火箭都裝載了自己的全球定位系統——北斗。這個系統已經覆蓋了中國和亞洲的大部分地區，定位精度水準5米、高程5米（95%置信度），「一帶一路」國家和地區均可使用。2018年12月27日起，北斗系統開始提供全球服務。

至於「火星任務」，則有可能在21世紀的40年代至60年代啟動。中國火星探測計畫中的第一顆火星探測器”螢火一號”，2011年11月發射成功，但俄羅斯聯邦航天局提供的福布斯_土壤探測器沒能按計劃變軌，•被困在距離地表206到340公里的太空中。俄羅斯先後兩次搶救均未成功。「螢火一號」最後於2012年1月墜入太平洋。

而印度在火星探測上破了一個紀錄。2014年9月，印度發射的火星軌道探測器成功進入火星軌道，是全球首個第一次嘗試便成功入軌的國家，僅排在俄羅斯、美國和歐洲之後。但是除此之外，無論是發射火箭、衛星，還是載人、探月，印度的速度都不算太快。

印度的登月計畫也分三個階段，第一階段是發射無人探測器”月船一號”。這一目標已在2008年達成。第二階段是發射登月機器人。原定「月船二號”將於2019年1月發射，但因故再度推遲，官方表示目前無法確定發射曰期。

2018年12月28日，印度內閣會議批准了載人在太空停留7天的「加岡揚」計畫。這是印度首項載人太空任務，將用GSLV MarkIII火箭發射”加岡揚”軌道太空船，載3名宇航員到距離地表400公里的太空軌道。計畫耗資1000億盧比，於2020年進行。

太空探索是一個極其耗費時間和資金的事情。這不是小國能辦到的。對於大國來說，太空探索必須作為國家級優先事項，不受政治、經濟波動的影響，才能保證計畫穩定的實行。探索的時間、名次、難度，就像國家的勳章，這種榮譽是被記載在人類史冊上的。

（榮智慧／文）