嫦娥四號在這次漫漫征途中將要經受住哪些考驗？
嫦娥四號月面巡視探測器。 （資料照片）
這將是我國探月工程的又一里程碑。昨天凌晨，長征三號乙運載火箭成功將嫦娥四號探測器送入地月轉移軌道，踏上了人類首次月球背面著陸探測的旅程。
作為中國航天事業的一支重要力量，上海航天自然不會缺席這次探月之行。嫦娥四號任務中，上海航天技術研究院承擔了嫦娥四號著陸器、巡視器五個半分系統的研製任務，包括巡視器移動分系統、結構與機構分系統、測控數傳分系統、電源分系統、綜合電子分系統移動/機構控制與驅動元件，以及著陸器一次電源分系統。在這次漫漫征途中，嫦娥四號將要經受住哪些考驗？
著陸環境更惡劣
嫦娥四號首選著陸區為月球南極—艾特肯盆地。“與嫦娥三號的虹灣著陸區相比，艾特肯盆地的地形比較崎嶇，撞擊坑大且分佈密集，對探測器著陸區的選擇和著陸精度提出更高要求。”嫦娥四號副總指揮兼副總設計師張玉花說，嫦娥三號的著陸範圍是90×140公里，這次嫦娥四號額定著陸區大概是30×50公里左右。“由於著陸區在月球背面，使得著陸器和巡視器無法同地球直接通訊，必須用中繼星中繼的方式；同時在動力下降過程中，著陸器也不能對地直接通訊，只能通過中繼星進行上下行操作。”
月球背面長期受到隕石的衝擊，巡視器行進過程中可能面對更多挑戰，稍不留神有可能被卡住。為此，嫦娥三號的基礎上，對巡視器移動能力進行了進一步加強，特別是在應對意外狀況方面，開展了多項系統試驗，並把每一個試驗變化分解成多個環節，逐一開展詳細驗證。“對如石塊落入車輪內部、驅動機構頻繁啟停、以及巡視器極限移動能力等狀況均進行了逐一測試，並形成了應對方案。”嫦娥四號專案辦副主任鄭雲青說。
同時，巡視器還要面對月球表面晝夜溫差變化大、低重力環境以及細小微塵的汙染等問題。“比如，月球的重力只有地球的1/6，我們針對這種低重力環境，對巡視器的移動速度、距離、越障能力等狀態和引數進行充分的地面力學分析和驗證，並結合月面散落的隕石和撞擊坑的狀態，使其具有一定的障礙識別和自主避障能力，保證它的通過性、機動性以及地形適應性。”張玉花說。
搭建星際溝通橋樑
不論探測器飛到多遠，都需要深空測控通訊系統作為聯絡的“紐帶”。由於深空任務週期長、通訊時延大、鏈路頻寬有限、訊號微弱等原因，使得深空測控通訊實現起來更為困難，無論對星上裝置還是對地面裝置等都帶來新的挑戰。
嫦娥四號將落在月球背面，沒有任何通訊訊號，它無法像嫦娥三號那樣直接和地球上的親人們取得聯絡，“飛鴿傳書”的任務就落到“鵲橋”中繼衛星的肩上。通過早先發射併成功架設在地月拉格朗日L2點的中繼衛星，實施與地面的通訊訊號“接力”，嫦娥四號才得以與地球保持聯絡。而隨之帶來的是地球與巡視器間的通訊時延大大增長。
嫦娥四號數傳分系統單機主管師黃波解釋，正面著陸的嫦娥三號，科研人員可以在監控屏前實時觀察到巡視器對指令的執行狀況，但這次由於是背面著陸，此次從指令發出到行動影象傳回至少有數分鐘的延遲，對於巡視器的移動和機構活動有較明顯的影響。為此，設計人員計算並設定了巡視器每項行動的最大耗時，連同每次行動指令一同傳送，同時賦予巡視器一定的自主功能，以便有效應對可能的突發狀況。
與嫦娥三號巡視器相比，嫦娥四號巡視器測控數傳分系統不僅要承擔與著陸器的資料通訊的功能，還要與中繼星進行遙測和資料傳輸。“測控數傳分系統有5種工作模式，我們在設計中充分考慮了冗餘設計，使得各裝置形成熱備份。大大提高了系統的可靠性。”嫦娥四號測控分系統主任設計師汪瑩說。
如何安全度過月夜
一個月夜相當於地球上14天。同時，月夜最低溫度可達到零下180攝氏度。在沒有光照的漫長黑夜裡，對於依靠太陽能提供能量的嫦娥四號著陸器和巡視器來說，如何依靠自身儲存的能量安全度過月夜將是一個很大的挑戰。
面對這一難題，研製人員提出了休眠喚醒的概念。當太陽緩慢地升起時，著陸器和巡視器將開始忙碌的十四天工作——著陸器在原地實施科學探測，巡視器則“東奔西走”開始探測。當月夜降臨時，巡視器會為自己找好棲身之所，收起桅杆，合上太陽翼，開始休眠。一直到太陽照射到月球車太陽翼的電池片上，喚醒“沉睡”的巡視器和著陸器，開啟又一次勘測。
嫦娥四號採用了目前國內最先進的高效三結砷化鎵太陽電池，光電轉換效率從原先的28.6%提升到30.84%。嫦娥四號電源分系統技術負責人徐澤鋒說，新的電池在光電轉換效率、輸出電壓、輸出電流、抗輻照能力、旁路二極體壓降及重量等技術指標上均優於原電池，其可靠性也已經過多個型號的在軌及地面考核驗證。“而且新電池降低了太陽電池片的厚度，為太陽電池減重了10%，功率裕度則由原先的6%增大到了9%。”
破解備份貯存難題
由於最初作為嫦娥三號的備份，嫦娥四號幾乎與嫦娥三號同步生產，特別是移動機構、桅杆機構、太陽翼基板等產品，如今已經整整過去5年，超出了原有貯存期。如何“延壽”也就成為嫦娥四號繞不開的問題。
到底是沿用原來的產品，還是重新投產，研製團隊決定用資料說話。由於先前並沒有基板複合材料地面貯存這麼長時間的先例，如何驗證，一開始就讓上海航天人一頭霧水，但團隊集思廣益，從貯存環境、機理分析、同狀態類似地面貯存產品試驗驗證、其他型號技術調研等方面著手，結合嫦娥四號本身產品的熱試驗、力學試驗、展開試驗等效能測試、驗證，確認已投產的嫦娥四號太陽翼基板經過地面貯存5年，其效能能夠滿足嫦娥四號任務需要，可以直接沿用。
最終，按照機構產品重新研製確保產品效能可靠；結構產品經複測效能符合要求繼續使用並按要求進行環境試驗的方式，最大程度地兼顧了研製進度和產品質量。張玉花說，這次嫦娥四號算得上是一個節約經費、科學收穫期望更多的工程。