迄今为止,许多载人和未载人航天任务都曾对月球近侧半球进行了勘察,但对月球远端仍然知之甚少。月球远侧,也就是通俗理解中的月之背面,总是充满神秘色彩。探测月球远侧具有更大挑战性,因为在恶劣的地外环境和更远的通信距离下,需要月球漫游车进行有效的局部运动,以探索具有科学意义的月球地质特征。
2019年1月3日,中国探月工程的嫦娥四号着陆器、“玉兔二号”月球车,成功在月球背面的南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑软着陆,一举创下了多个“第一”“首次”。比如:这是世界首次实现月球背面软着陆和巡视勘察,同时也是首次在月球的高纬度极地区域着陆,也是首次月背与地球的中继通信,在2019年12月,玉兔二号也成为在月面工作时间最长的月球车。
“玉兔二号”月球车所探测的区域,是太阳系中已知最大的撞击坑之一,被公认为是月球上最大、最古老和最深的撞击盆地,约形成于45.5-39.2亿年前,科研价值巨大,而生存能力超强的“玉兔二号”也不辱使命,传回了关于月球远侧风化层、陨石坑和岩石的十分丰富的信息。
1月20日,发表在权威科学期刊Science Robotics上的最新封面文章对“玉兔二号”月球车探测到的相关信息进行了分析报告,暗示了月球远侧和近侧表面地质的显著差异,这些经验可能将大大提高对月球远侧的理解,也对月球车的改进提出参考建议。
论文的主要研究人员来自哈尔滨工业大学机器人与系统国家重点实验室、北京航天控制中心、航空航天飞行动力学科学技术重点实验室、中国科学院航空航天信息研究所遥感科学国家重点实验室等。
在过去的几十年里,利用轨道飞行器或漫游者探测器进行的行星探索一直在超越科学和技术的边界,月球作为离地球最近的天体,具有潜在的可开发化学和矿物学资源,成为人类太空探测任务最重要的目的地之一。美国阿波罗登月计划曾将月球探测工作推向第一波高潮,自此之后先后有20个成功的登月者和探测器在月球的近端着陆。而玉兔二号的月球远端探测,无疑又拉开了一个新的探月序幕。
“玉兔二号”是迄今为止最轻的月球车(135千克),本身是一种六轮高性能越野机器人,在转弯轮上配有四个转向马达,最大速度能力为200米/小时,它可以爬上20°的斜坡,跨越高达20厘米的障碍物,搭载了4个科学有效载荷以获取高分辨率图像和高精度数据,包括全景相机(Pancam)、可见和近红外图像光谱仪(VNIS)、探月雷达(LPR)和先进的小型中性粒子分析仪(ASAN)。
高可靠性的移动系统使玉兔二号能够在设计的3个月寿命之外生存,在头2年结束时其探测距离扩大到了600.55米,获得了更丰富的科学见解,而截至目前,玉兔二号月球车已经行驶超过1000米。
在最初的两年探索中,大约16.46千兆字节的科学数据被返回传输和分析,从而填补了月球背面地质知识的空白,加深了人们对月球形成和演化的理解。
研究人员展示了“玉兔二号”月球车收集的机车数据和图像,这些数据和图像重点揭示了月球背面的独特特征,还介绍了车轮滑动和下沉的结果,以及使用车轮-地形相互作用模型对月球表土特性的分析。
玉兔二号的行动主要由地面遥操作生成的上传命令来控制,当然,它也可以在相对平坦的地形上以自主模式工作,使用其激光探测或避险摄像头(Hazcam)规划可穿越的路线。
玉兔二号测量到的一种尺寸超过20厘米的独特岩石被称为橄榄石苏长岩,分析其光谱图(矿物成分与风化层相似)及其细到中等粒度的纹理,可能是相对较快的结晶作用的结果,或起源于撞击熔融池。
研究人员表示,从玉兔二号反馈回来的数据来看,明确揭示了月球近侧和远侧土壤性质的差异,这补充了人类对月球的理解。尽管通过玉兔二号的探索可以对有趣的土壤粘聚力现象进行区域性分析,但仍需对月球表土的化学成分和物理性质进行深入研究,以便进行进一步分析,充分利用月球车的能力,预计将有更多重要发现。