見てください、これが月の裏側です！ 5年前の今日、嫦娥4号は月面着陸に成功した。

2019年1月3日午前10時26分、我が国の月探査機「嫦娥4号」が月の裏側にあるフォン・カルマン・クレーターに自律着陸しました。これは人類史上初めて宇宙船が月の裏側に軟着陸して巡回調査を行ったものであり、地球と月の裏側の間で計測・制御通信が実現した初めての事例であり、地球と月の距離を超えたレーザー測距技術の試験が実施された初めての事例である。

嫦娥4号探査機は月の裏側での最長作業時間記録を樹立し、月から大量の科学研究探査データを取得し、人類が月を理解するためにより豊富な情報を提供した。それは国際的な「月探査の旅」に中国の解決策と知恵を提供し、人類全体の月探査の歴史に重要な足跡を残しました。

困難なイノベーションの旅

月の自転周期と公転周期は等しく、地球に対して潮汐力で固定されているため、地球の強い重力によって、月は常に片側が地球に面し、もう片側が地球から離れた位置を向いています。月の裏側は人類がずっと夢見てきた場所になりました。

2019年4月、イスラエル初の月探査ミッション「ジェネシス」は月周回に成功したが、残念ながら動力降下段階で着陸に失敗し、月面に墜落した。同年9月、インド初の月面着陸機「チャンドラヤーン2号」は月面から2.1キロメートルまで動力降下した後に連絡が途絶え、最終的に軟着陸に失敗して月面に墜落した。周回から着陸まで、この「ほんの少し近づく」十数キロの距離で、数え切れないほどの探査機が失敗してきた。

嫦娥4号の月面着陸は地球から直接見ることができないため、全過程は探査機の自律制御に頼らざるを得ず、送信される画像には遅延が生じるため、地上要員にとって月面着陸はほぼ「ブラインド着陸」のプロセスとなる。嫦娥4号の着陸予定地は比較的平坦なフォン・カルマン・クレーター内に位置するが、フォン・カルマン・クレーター全体は月の裏側にある険しい南極エイトケン盆地内に位置する。着陸経路全体の地形は最大6キロメートル変動します。これは、嫦娥4号の着陸可能な範囲が狭く、非常に正確に着陸しなければならないことを意味する。少しでも外れると、平坦な指定着陸エリアに着陸せず、険しい山や谷に衝突する可能性がある。

着陸位置の不確実性をさらに減らすため、研究者らは嫦娥4号の設計時に月周回軌道段階で修正軌道を追加することを検討し、動力降下制御戦略に一定の調整を加えた。 「実験を行う際、我々は多くの要素も考慮しました。例えば、着陸機が着陸できる場所の最大傾斜はどれくらいか？地形が張家界のような場合、着陸機が下降するときに2つの梯子に沿って進みます。この2つの梯子は必ず平行になるのか？梯子が斜めの角度を形成する場合、最大角度はどれくらいか？」 - チームメンバーは、何千もの起こり得る状況を分析し、あらゆる種類の極端な状況を徹底的に検討し、計算された起こり得る状況の難易度を上げるための実験を実施しました。

より信頼性の高いエネルギー供給

嫦娥4号探査機は着陸機と探査車で構成され、国際協力ペイロード2基を含む計8基のペイロードを搭載している。着陸機には、地形カメラ、着陸カメラ、低周波電波分光計、ドイツと共同で開発された月面中性子および放射線量検出器を含む4つのペイロードが搭載されています。この探査車には、パノラマカメラ、月面レーダー、赤外線イメージング分光計、スウェーデンと共同で開発された中性原子検出器が搭載されている。

これらの機器は、月の裏側での現地探査や巡回探査を通じて低周波電波天文学の観測・研究を行い、巡回区域の地形、鉱物組成、浅部構造を研究するとともに、月の裏側における中性子放射線量や中性原子などの月環境研究を実験的に実施します。さらに、着陸機は月面生物科学実験ペイロードも搭載しています。

月明かりの夜は地球上の14日間に相当します。同時に、月明かりの夜の最低気温はマイナス180度に達することもあります。光のない長く暗い夜に、太陽エネルギーを動力源とする嫦娥4号着陸船と探査車にとって、自ら蓄えたエネルギーに頼って安全に月の夜を過ごすのは大きな課題だ。

この問題に直面して、研究者たちは睡眠覚醒の概念を提案しました。太陽が昇ると、着陸船と探査車は忙しい作業を開始します。着陸船は現場で科学的な探査を行い、探査車は「走り回り」始めます。月明かりの夜になると、探査車は居住場所を見つけ、マストをたたみ、太陽電池パネルを閉じ、太陽が探査車の太陽電池パネルに当たるまで冬眠状態に入り、「眠っている」探査車と着陸船を起こして新たな調査を開始する。

「嫦娥4号は国内最先端の高効率三接合ガリウムヒ素太陽電池を採用しており、光電変換効率は当初の28.6％から30.84％に向上した。」月面探査プロジェクトの太陽電池回路の責任者である陳成氏は、新型バッテリーは光電変換効率、出力電圧、出力電流、放射線耐性などの技術指標において元のバッテリーより優れており、複数のテストを通じてその信頼性も検証されたと述べた。 「さらに、新しいバッテリーは太陽電池の厚さを減らし、太陽電池の重量を10％軽減し、電力マージンを従来の6％から9％に増加させます。」

「鵲橋」中継衛星

嫦娥4号探査機が正確な着陸を達成できたもう一つの重要な理由は、地上と嫦娥4号探査機の間に通信の橋を架けた中継衛星「鵲橋」の早期打ち上げだった。

中国航天科技集団第五研究院の中継衛星「鵲橋」主任設計者孫季氏は「鵲橋は主役ではないが、重要な構成要素だ。その使命は月面の裏側にある着陸機や探査車に通信サービスを提供することだ。地上局を空に移動するのと同じことだ」と語った。 ”

「鵲橋」の主任設計者、張立華氏は「この中継衛星は大きくなく、重さは400キロ余りだが、片方の端は8万キロ離れた検出器に接続され、もう片方の端は40万キロ以上離れた地球に接続されている。この距離は非常に遠いため、通信アンテナの開口部は十分に大きくなければならない」と語った。しかし、ロケットのスペース制限により、衛星上のアンテナは多くの困難に直面しています。

R&D チームは多くの要素を考慮して複数の設計テストを実施し、最終的に新しい傘型アンテナ ソリューションを選択しました。この方法では、打ち上げ時にアンテナを最小サイズに折り畳み、軌道に入った後に展開することができますが、このようなアンテナの加工および組み立てプロセスは非常に複雑です。アンテナには何千ものロープ制御ポイントがあるため、展開後に表面精度要件が満たされていることを確認するには、それらを 1 つずつ手動で調整する必要があります。 「傘型アンテナの開発と衛星の試験の作業強度とプレッシャーは膨大で、時間も比較的限られています。チームの科学研究者は、数か月連続で残業することもよくあります。プレッシャーが最も強いときは、週末も休日もなく、24時間休みなく働きます。」張麗華さんは言った。

「鵲橋」は2018年5月21日に西昌衛星発射センターからついに打ち上げられた。「鵲橋」は嫦娥4号ミッションの中継サービスを提供するほか、科学技術実験も行うことができる。オランダと中国の科学者が共同開発した低周波電波検出器を搭載しており、宇宙の奥深くからの「音」を「聞く」ことができる。さらに、中山大学が開発したレーザーコーナーリフレクターを搭載しており、長距離レーザー測距実験を行うことができ、将来の応用に向けた技術的基礎を築いています。中国科学院院士で宇宙科学主任科学者の葉培堅氏も、外国の宇宙船が月の裏側を探査したい場合も、この中継衛星を通じて支援を受けることができると述べた。これが中国の世界への貢献です。