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中国国家航天局表示,计划2018年发射嫦娥四号月球探测器,在月球远端南极地区着陆。这次探月任务将包括轨道飞行器、机器人着陆器和月球车。嫦娥四号将是中国的第二艘月球着陆器和月球车。嫦娥四号着陆器是嫦娥三号任务的备份,所以它将具有相同的基本结构,但不同的科学有效载荷,携带11个仪器。

月球背面具有特殊的环境和复杂的地质历史,是科学和空间探索的热点。然而,在那里着陆和漫游需要中继卫星传送信号。因此,该项目计划为嫦娥四号发射一颗中继卫星,2018年5月下旬或6月初到达地球-月球拉格朗日点L2的光环轨道,中国国家航天局月球探测和空间计划中心副主任刘通杰说,大约半年后,嫦娥四号着陆器和月球车将发射到南极地区的艾特肯盆地。

嫦娥四号着陆器将配备下降和地形摄像机,月球车将配备全景摄像机。与嫦娥三号携带的中国首个月球车玉兔一样,嫦娥四号月球车将携带探月雷达探测月球近地表结构,并携带红外光谱仪分析月球样品的化学成分。

但与嫦娥三号不同的是,新着陆器将配备一个特别为月球背面设计的重要科学有效载荷:一个低频无线电光谱仪。

刘说,嫦娥四号探测器还将分别携带荷兰、瑞典和德国研发的三种科学有效载荷。

由荷兰研制的低频无线电光谱仪将安装在嫦娥四号中继卫星上。荷兰和中国的低频无线电仪器将进行独特的科学研究,比如测量太阳系大行星的极光辐射,确定地球-月球L2点的无线电背景光谱,创建一个新的无线电天空低频图,并检测明亮的脉冲星和其他无线电瞬态现象。

“嫦娥四号着陆器和中继卫星上的荷兰低频无线电光谱仪可能帮助我们探测到21厘米的氢线辐射,并研究最早的恒星是如何被点燃的,以及我们的宇宙在大爆炸之后是如何从黑暗中诞生的,”中国科学院国家天文台的天文学家陈雪雷说。

探测器还将携带一个先进的小型中性元素分析仪,该分析仪由瑞典研发,用于研究太阳风和月球表面之间的相互作用。

德国研发的中子剂量计将安装在着陆器上,用于测量着陆点的辐射。科学家们说,在为人类登月任务做准备时,调查月球表面的辐射环境是至关重要的。

嫦娥四号着陆器传感器总成(LFS、LCAM、TCAM、LND)

考虑到月球背面的特点,科学有效载荷通常包括低频无线电光谱仪(LFS)、红外光谱仪、全景相机、月球雷达等。LFS是为远地探测新开发的,并在着陆器和漫游者上实现,以比较和分析收集到的数据(参考文献9)。

LND(月球着陆器中子与剂量实验)

LND的工作是由在德国基尔的基督教阿尔布列茨大学(CAU)、德国航天中心航天医学研究所、国家航天科学中心、中国科学院国家天文台、中国航天技术研究院等单位的贡献。LND由德国联邦经济和技术部支持。

LND仪器将安装在嫦娥四号着陆器上,有两个主要的科学目标:

1)为人类探索月球放射量测定

2)作为一个额外的测量点,对日球科学做出贡献。

中国嫦娥四号探测器充分利用了国际技术

图22:左图:LND传感器头;右图:LND电子盒(图片来源:LND团队)

中国嫦娥四号探测器充分利用了国际技术

图23:测量快中子(图片来源:LND团队)

嫦娥四号探测器传感器总成(PCAM、LPR、VNIS、ASAN)

嫦娥四号任务已经计划安装六种科学有效载荷来完成相应的任务,着陆器上安装三种有效载荷,分别为着陆相机(LCAM)、地形相机(TCAM)、低频光谱仪(LFS),探测器上的三种有效载荷分别为全景相机(PCAM)、探月雷达(LPR)、可见光和近红外成像光谱仪(VNIS)。

ASAN(高级小型中性元素分析仪)

ASAN是由位于基卢纳的瑞典空间物理研究所(IRF)开发的。

中国嫦娥四号探测器充分利用了国际技术

图29:嫦娥四号上的ASAN仪器(图片来源:IRF)

2018年4月7日,瑞典空间物理研究所(IRF)向位于北京的中国科学院国家空间科学中心成功交付ASAN仪器飞行模型。“ASAN一号”将于2018年底被搭载上中国嫦娥四号月球探测器发射升空。

嫦娥四号中继卫星传感器总成(NCLE)

嫦娥四号上有一个荷兰无线电天线,NCLE(荷兰-中国低频探索者)。射电天线是中国首次在太空任务中使用荷兰制造的科学仪器,它将开启射电天文学的新篇章。

NCLE仪器是由荷兰阿斯特朗Dwingeloo射电天文研究所,位于尼梅亨的内梅亨大学的内梅亨无线电实验室,以及总部位于代尔夫特的ISIS公司的工程师开发和制造的,-与中国科学院国家天文台)的一个团队合作。

2016年,荷兰国家航天局(NSO)和中国国家航天局(CNSA)合作签署了一项在该项目中进行合作的协议,该协议是一年前两个领导人出席的贸易代表团期间对两个空间机构签署的谅解备忘录的拟订。

一个数字控制器单元,由萨默塞特西部的SAC(太空咨询公司)设计和提供,是NCLE(荷兰-中国低频探索者)的一部分

作为在2018年5月21日,世界时21:28发射长征四号丙运载火箭上的嫦娥四号中继卫星上科学的有效载荷。58)

虽然嫦娥四号卫星的主要任务是在地球和月球之间传递信息,但NCLE仪器将继续前进,并在更深的空间进行实验。

斯坦顿继续说,他们提供的控制器单元构成了NCLE仪器数字接收系统的关键部分。该仪器由内梅亨大学的内梅亨无线电实验室、荷兰射电天文研究所(ASTRON)和代尔夫特的ISIS(太空创新解决方案)共同研制。该仪器的主要科学目标是检测恒星开始发光前宇宙“黑暗时代”(dark age) 21厘米氢谱线的低频辐射。

中国嫦娥四号探测器充分利用了国际技术

图44:由SAC(太空咨询公司)设计并提供的数字控制器单元,集成到飞向月球外轨道的Radboud Radio Labs NCLE数字接收仪器中(图片来源:SAC, Radboud Radio Labs)

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