原标题：揭秘嫦娥四号月背“盲降”： 垂直降落，步步惊心
2019年1月3日10时26分，嫦娥四号探测器成功在月球背面的南极-艾特肯盆地着陆，实现人类探测器首次在月球背面的软着陆，并通过“鹊桥号”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图。
嫦娥四号发回的首张月球背面影像图。这是嫦娥四号着陆器监视相机C拍摄的着陆点南侧月球背面图像，巡视器将朝此方向驶向月球表面。国家航天局供图
相较于嫦娥三号，嫦娥四号落月难度更大，主要因为月球背面这一特殊环境。中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁曾形容，嫦娥三号相当于在华北平原着陆，而嫦娥四号则是在崇山峻岭的云贵川地区着陆。
据中国航天科技集团有限公司五院502所嫦娥四号探测器GNC系统研制人员介绍，月球背面崎岖不平，嫦娥三号月球正面着陆区地形起伏仅800米，而嫦娥四号月球背面着陆区地形起伏达到了6000米。
而同样困难的是，落月过程地球方向不直接可见，所有信息传输都需要由中继星“鹊桥号”中转，无疑大大增加了落月任务的风险。因为整个落月过程由GNC系统自主操控，加之回传画面的延迟，所以对地面人员来说，整个过程近乎 “盲降”。
月背“盲降”：因地形崎岖采取垂直降落
地形的崎岖使得原有近似嫦娥三号的飞行轨迹无法适用。在充分研究月面预定着陆区地形特点基础上，科研团队设计了适应新地形的落月轨迹方案。
今天，嫦娥四号经历了惊心动魄的“盲降”历程。
今天10时15分，科技人员在北京航天飞行控制中心发出指令，嫦娥四号从距离月面15公里处开始实施动力下降，7500N变推力发动机开机，逐步将探测器的速度从相对月球1.7公里每秒降到零。
在距离月面6~8公里处，探测器进行快速姿态调整，不断接近月球。距月面100米处，为了保证落地时每只脚都不踩到石头上或坑里，嫦娥四号稍稍悬停，对障碍物和坡度进行识别，找好理想着陆点，缓缓降落。
约690秒后，嫦娥四号自主着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯•卡门撞击坑内。落月过程中，降落相机拍摄了多张着陆区域影像图。
嫦娥四号探测器动力下降过程降落相机拍摄的图像。国家航天局供图
据502所科技人员介绍，嫦娥四号在距离月面6公里的高度时调整至垂直下降。这个垂直下降动作，就是与嫦娥三号最大的不同，因为着陆区太崎岖，如果水平方向持续移动，就会让着陆器不能准确测量所处的高度。
整个过程中，地面人员都通过“鹊桥号”中继星观看了“直播”。
规避风险：探测器自我诊断与重构
研制人员也考虑了盲降的风险，尤其是如果下降过程中，“鹊桥号”的信息传输“卡住”，影响数据上传，怎么办？
为此，GNC系统设计了延时数据注入功能，就是提前把要发送给着陆器计算机的数据发送到着陆器上暂存，这个数据包是带有时间标签的，待到着陆器上的时间和该标签相同时，数据便自动注入。如此， “鹊桥号”的实时数据注入，就成为了备份手段。
系统还可以全程自主进行故障诊断与重构，万一发生故障，系统可以随时自己给自己进行“诊断”，找到病灶并解决。通过着陆器各部分功能的优化、再组合，着陆器可以确保机体整体功能正常，实施落月。
着陆器的“腿”： 主副腿配合缓冲巨大冲击力
嫦娥四号的四条腿学名为“着陆缓冲机构”，能够利用缓冲功能，将着陆瞬间所产生的冲击有效地吸收，防止巨大冲击力对探测器及其重要仪器设备造成损伤。
嫦娥四号探测器示意图。国家航天局供图
为了确保良好的缓冲作用，设计和制造人员在研制过程中想尽办法，在探测器的“腿“里配备了两个秘密武器。
首先是“大脚掌”。着陆器的“脚掌”是与月球表面直接接触的部位，被设计成盆状，盆状结构可以更好地防止着陆月面时倾倒。其外观简单，但金属表面的内部构造却十分的复杂，经历了成千上万次试验，进行了上万件材料的筛选，才敲定了最终工艺方案。
其次是主腿和副腿配合的结构。着陆器的每条着陆腿都包含一个主腿和两个副腿，各有分工。在着陆前，副腿推着主腿向外侧展开到规定角度并锁定，主腿负责在着陆时支撑住着陆器，将冲击力传递、吸收，是着陆器主要的支撑结构。副腿也会辅助主腿缓冲巨大的冲击力，使落月更稳定、安全。
为了减重，主腿和副腿的外壳是又长又薄的圆筒结构，为了确保圆筒强度，设计师优选了强度很高的铝合金材料。圆筒中还填充有缓冲蜂窝材料，在前期试验中，工作人员先后加工了约6000件规格各异的缓冲蜂窝，最终筛选出性能稳定、成品率高的缓冲蜂窝。在着陆时的巨大冲击下，主腿和副腿都能依靠挤压蜂窝吸收冲击力， 让着陆器平稳地着陆。
新京报记者 倪伟
