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嫦娥四號懷揣著哪些國際范兒“法寶”﹖

2019-01-15 09:11來源﹕科技日報

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  據國家航天局消息﹐嫦娥四號在月球背面軟著陸後﹐截至1月10日﹐由多個國家和組織參與的科學探測任務陸續展開。著陸器上由德國研製的月表中子及輻射劑量探測儀和巡視器上由瑞典研製的中性原子探測儀開機測試。

  嫦娥四號任務有效載荷總體指揮徐欣鋒此前向媒體介紹﹐嫦娥四號工程中﹐共有9個國家近20個有效載荷提出了合作﹐最終有3臺載荷通過評審。讓我們來看看這些國際范兒“法寶”將開展哪些工作。

  月球低頻射電探測儀 開墾射電天文領域的“處女地”

  “月球背面的電磁環境非常乾淨﹐在那裡開展低頻射電探測是全世界天文學家夢寐以求的事情﹐將填補低頻射電觀測的空白。”國家空間科學中心副主任﹑月球與深空探測總體部主任鄒永廖說。

  電磁波是天文學家觀測天體輻射的核心手段之一。不過﹐低頻電磁波信號會被地球電離層遮擋﹐無法抵達地面﹐這個波段成為了射電天文領域一直未被開墾的“處女地”。

  多年來﹐科學家試圖在太空尋找解決途徑﹐但他們遇到了新的問題。“地球附近的人造天體太多了。”中科院國家天文臺研究員﹑嫦娥四號月球低頻射電探測儀中方首席專家平勁松表示﹐這些衛星以及各類航天器﹐都在放射人造電磁波﹐會對觀測形成干擾。即使把觀測設備架設到月球上﹐如果面向地球﹐仍然避不開地球衛星低頻無線電輻射的噪聲。

  要突破地球電離層的屏蔽﹑躲開衛星的信號﹐還要遮擋來自太陽的輻射﹐經過種種約束的篩選﹐月球背面成為了滿足條件﹑技術可及的最佳選擇。嫦娥四號任務為此項研究提供了絕佳的起步機會。

  2015年10月﹐荷蘭航天局局長訪問中國國家航天局後﹐低頻射電合作項目被兩國納入嫦娥四號工程。中科院國家天文臺負責協調與荷方月球低頻射電載荷工作事宜。

  合作項目中﹐雙方研製了兩臺低頻射電探測儀。平勁松介紹﹐兩臺載荷的概念設計由中方提出﹐中荷各研製一臺﹐主要功能基本相當。中方載荷搭載于嫦娥四號著陸器﹐通過太陽能通電﹐當著陸區是白天時開展工作﹔荷方載荷搭載在2018年5月發射的鵲橋號中繼衛星上﹐能持續獲得光照﹐理論上可以一直工作。

  該項目讓科學家們充滿期待。平勁松說﹐低頻太陽爆發過去從未觀測到﹐但今後祗要遇上﹐就能觀測並且追蹤它發生的整個過程﹐對其機理進行分析。這對研究日地空間的天氣效應﹐構建模型預報太陽災害事件等有很大幫助。同時﹐嫦娥四號低頻射電探測儀通過對太陽爆發的觀測﹐還能探測月球的電離層環境。

  中繼星上的低頻射電探測儀由於處在地月拉格朗日L2點﹐除了探測研究太陽低頻射電特徵和地月空間低頻射電環境﹐還能連續監測地球千米波輻射爆發﹐並有望在行星際激波﹑日冕物質拋射和高能電子束的產生機理等方面取得原創性成果。

  月表中子與輻射劑量探測儀 為登月航天員探風險

  自古以來﹐地球上的生命被兩層保護傘──磁場和大氣層保護著。

  保護傘外﹐是宇宙中的高能粒子輻射。“大部分宇宙高能粒子在磁層中會被偏轉﹑束縛﹐即便粒子逃脫了磁層的束縛﹐還要面臨大氣層的抵擋﹐這些粒子打到大氣層上﹐會被減速﹐並被分裂成更小的粒子。”中科院國家空間科學中心研究員張珅毅說。

  而月球上可沒有這麼安全的環境。張珅毅表示﹐深空中的太陽宇宙線會直接打到月球表面。如果將來航天員登陸月球﹐必然會遭受高能粒子帶來的威脅。

  目前﹐國際上關於月球輻射情況的有效數據幾乎是空白。而嫦娥四號著陸器上計劃開展的中德合作項目﹐將對月表中子與輻射劑量進行測量。作為該項目的中方首席專家﹐張珅毅表示此項研究旨在為未來登月航天員的危險度進行前期評估﹐提供輻射防護的依據。

  2015年﹐張珅毅收到一封來自德國基爾大學的郵件。該校教授羅伯特‧維默爾-施魏因格魯伯表達了共同完成月表中子與輻射劑量探測儀研製的願望。雙方經過討論﹐合作意向很快達成。

  “我對中國與歐洲之間的航天合作充滿樂觀﹐近年來它們開展了一系列合作項目。當我申請參與嫦娥四號國際載荷項目獲得中方批准後﹐我向德國航天部門申請的項目資金很快便得到支持。”維默爾-施魏因格魯伯對媒體說。

  根據協議﹐月表中子與輻射劑量探測儀的工程硬件由德方研製﹐中方負責接口協調﹑階段性評審考核﹑交付後測試﹑標定試驗等對接協調工作。研究獲得的數據將由雙方共享並共同對外發佈。

  “這將是近幾十年國際上第一次對月表輻射劑量進行測量﹐我們獲得的第一手月表粒子輻射測量數據﹐對國家探月工程來說將是非常寶貴的資源。”張珅毅說。

  為了充分利用搭載機會﹐該載荷還將對太陽風暴開展研究。張珅毅說﹐在月球上可以直接探測到太陽高能粒子的能譜﹐及其隨時間變化的特性﹔研究太陽風暴的起因﹑高能粒子傳播規律等。

  此外﹐項目團隊還將嘗試對月球的水冰和鐵礦進行探測。

  中性原子探測儀 尋找月球水源的線索

  嫦娥四號落月後不久﹐玉兔二號月球車就“掙脫”它的懷抱來到月面﹐留下一串長長的“腳印”。這隻“兔子”的任務可不是到處跑到處看那麼簡單﹐除了像前輩“玉兔號”一樣攜帶全景相機﹑紅外成像光譜儀和測月雷達﹐它還背負了一臺中國與瑞典合作研發的中性原子探測儀﹐將實施國際首次在月表開展的能量中性原子探測任務﹐首批數據有望在今年2月中旬左右發回。

  該項目中方首席專家﹑中科院國家空間中心研究員張愛兵介紹﹐項目主要為了研究太陽風與月表的微觀相互作用﹐以及月表濺射在月球逃逸層形成和維持中的作用。

  瑞典空間物理研究所研究員﹑該項目載荷負責人馬丁‧威澤向媒體表示﹐太陽風如何影響月球表面是一個新的研究領域﹐此項探測數據對於理解這一基本物理過程非常重要。

  張愛兵說﹐太陽風為帶電粒子﹐與高能粒子不同的是﹐太陽風粒子密度很大。由於月球沒有大氣和磁場﹐太陽風粒子會直接打到月球表面並被反射﹐部分會變成中性原子進行逃逸形成月球外逸層。同時﹐它也會將月表物質成分濺射出來形成中性原子。由於月球表面的地形地貌存在差異﹐隨著巡視器的移動﹐獲取的結果也會不一樣。

  “我們對未來的探測結果十分好奇。”威澤說﹐“通過監測與研究﹐我們有可能發現關於月球上水來自何處的線索。”張愛兵表示﹐有科學家認為太陽風氫離子與月表中的氧產生羥基形成水﹐這也成為探測和研究的內容之一。

  目前我國還沒有用於空間探測的中性原子探測儀﹐祗有一臺正在自行研製中﹐計劃用於未來火星探測任務。中科院國家空間中心與瑞典空間物理所的合作起于雙星計劃﹐歷史悠久﹑成果豐富。此次項目載荷也由該所研製﹐中方參與設備定標測試﹐以及交付後的相關工作。科學數據將由雙方共享﹐協同開展研究。

  “嫦娥四號任務從立項時就體現出開放原則﹐在月球與深空探測領域的國際合作上大膽嘗試﹐達到了良好效果﹐為我國後續國際合作奠定了基礎。”徐欣鋒表示。(記者 付毅飛)

[責編﹕武玥彤]

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