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嫦娥6号落月不直播,阿波罗登月却直播2个多小时,技术有差距吗?

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首发2024-06-0223:39·人马座A万众瞩目的嫦娥六号,在北京时间6月2日早晨6点23分成功软着陆,降落在月球背面的南极-艾特肯盆地。这一重大进展的消息是突然放出的,事先并没有预告,着陆时更没有像发射那样现场直播。

在嫦娥六号着陆之前,只有与我们合作的欧空局ESA事先披露了登月时间,当时他们说的是6月2日早晨8点左右。现在看欧空局透露的时间偏晚,嫦娥六号提前1个半小时多就降落在了月面上,整个着陆过程耗时仅15分钟左右。

相信有不少网友这两天一直在等着嫦娥六号的消息,希望能够见证着上组合软着陆这一历史时刻。虽然嫦娥六号着陆成功了,过程也很顺利,但是大家不免还有一丝遗憾:着陆过程并没有直播,只是在成功落月之后,才放出了嫦娥六号相机拍摄的着陆全过程视频,还是非常顺利的,但画面不像嫦娥五号那么丝滑。

事实上,2013年的嫦娥三号着陆,还有2020年的嫦娥五号着陆,都进行了现场直播,效果非常好,观看直播的人也非常多,极大提升了我国民众对探月工程的关注度。到了2024年的嫦娥六号,按理说无论是航天器的技术水平,还是直播通信的能力,都比11年前的嫦娥三号有很大提升,为啥却反而没有直播了呢?

与嫦娥六号不直播形成对比的是,55年前的阿波罗11号首次登陆月球,美国当时进行了2个多小时的全球直播,无数人见证了人类首次踏上月球的场景。这种非常有震撼力的直播画面,成为很多人一辈子难忘的记忆,也起到了巨大的宣传效果,以至于苏联在美国率先登月之后干脆放弃了载人登月计划。

到如今50多年过去了,近几年关于美国登月是不是造假的议论甚嚣尘上,很多人质疑的一点就是美国是如何实现直播的。要知道月球距离我们有38万公里,而光的速度是每秒30万公里,因此即使直播信号没有任何技术上的延迟,月球上画面还有宇航员说的话,都要经过1秒多一些的时间才能传回地球,再考虑到设备不可能没延迟,地月之间的通信就更困难了。

光速的问题倒还是其次,关键是通信条件和带宽也受到很大限制。我们知道地球在自转,因此才能看到月亮在不断“东升西落”。如果在登月的时候月亮恰好落到地平线以下,那就无法实现通信了。

另外由于月球距离遥远,以当时的通信技术,能够实现的通信带宽也很小,登月舱的通信链路带宽仅为2MHz,其中1.25MHz还被必要的语音通讯占用,剩下的带宽根本无法满足电视直播的要求。

然而当年美国人真就做到了现场直播,这可能是出于宣传需要而下达的死命令。为了解决地球自转导致的通信条件难题,美国在加利福尼亚和澳大利亚分别建立了地面深空站,配备了直径达64米的巨大天线,由于这两处分别位于北半球和南半球,而且经度相差非常多,因而能够保证月球一直处于通信天线的“视线”范围之内。

然而这却解决不了直播带宽不足的问题。在当时的技术局限难以突破的情况下,美国人采取了退而求其次的办法,不追求直播画面的质量,采用了320线的慢扫描电视摄像机,扫描速度比正常摄像机慢得多,每秒仅10帧。然后再将黑白画面转化为频率变化传输出去,实现了通信带宽的极致压缩,仅需要500KHz。

该摄像机由曾经如日中天的西屋电气打造,被安装在阿波罗11号登月舱下降台的折叠云台上,镜头对准舱门梯子,所以才能捕捉到阿姆斯特朗登月时的瞬间。但在有限的条件下,美国登月直播的画质非常“渣”,以现在的眼光简直差到不能看,但却实现了比较流畅的直播,满足了全球观众的好奇心,应该说还是相当成功的。

而到了50多年后,无论是2013年的嫦娥三号还是2020年的嫦娥五号,直播画面都要比阿波罗11号清晰得多,能够很清楚地看到着陆器落月时月球表面的各种地形,还有主发动机喷射到月面吹起的尘土,说明我们的地月通信技术比起当时已经有了长足的进步,通信带宽很大,不再需要依靠渣画质才能实现直播了。

既然技术已经进步,嫦娥六号的着陆直播却为什么“退步”了呢?网络上出现了很多声音,有大V表示这是因为嫦娥六号是为将来的载人登月做准备,不宜把细节展示太多,怕被人学了去。

还有人说是为了给工作人员减少压力,防止出错。笔者认为这两个理由都很离奇,站不住脚。3年多之前的嫦娥五号,技术水平与嫦娥六号差不多,工作人员的压力也不小,直播不是也很正常嘛!

因此不直播的真正原因不在于这些,而是月球背面的通信条件所致。大家应该注意到了:2019年着陆的嫦娥四号也没有直播,而它和嫦娥六号的共同点就是都在月球背面着陆,着陆点也都是南极-艾特肯盆地,这就已经说明了问题所在。

作为一颗地球的卫星,月球距离地球其实并不算太远,因而它内部的物质在数十亿年的时间里一直被地球引力拉扯,密度分布发生了变化,使得月球的质心更靠近地球一侧。这种变化的后果就是导致月球被地球“潮汐锁定”,自转速度与绕地球的公转速度相同,一直以某一个面对着地球,即月球正面。而另一个面永远背向地球,这就是月球背面。

如果我们想与月球背面的航天器通信,无线电波在真空中传播,会被月球自身给挡住,根本传不过来。在这种条件下别说直播了,就是完成着陆也成了问题,这也是在中国之前没人敢在月球背面软着陆的原因。但是我们中国人独辟蹊径地想到了解决办法,那就是利用中继卫星。

嫦娥四号着陆前,我国就发射了一颗“鹊桥一号”中继卫星,它并没有绕月球飞行,而是绕着比月球更远的地月L2点运动。这里距离月球有数万公里,地月引力达到平衡,鹊桥一号在一条Halo轨道上运行,与地球通信时完全不受月球的遮挡,可为嫦娥四号提供全时不间断通讯中继服务。

然而这种中继通信也会受到带宽的限制,考虑到鹊桥一号距离月球还是比较远的,最远时有7.9万公里左右,距离地球就更远了,所以嫦娥四号着陆时的通信带宽,比直接在月球正面降落的嫦娥三号和五号肯定要低得多。在这种情况下,当然要优先保证着陆的成功率,而占用大量带宽的现场直播就必须放弃了。

到了嫦娥六号,要在月背实现采样返回,对通信的要求更高,原有的鹊桥一号已经不能满足要求了。于是我国又发射了鹊桥二号,它没有再去地月L2点,而是沿一条大倾角大椭圆轨道绕月运行,近月点在月球北半球上空,远月点在月球南极附近上空,距离月面只有几千公里,因此通信带宽会比鹊桥一号大得多,但缺点是不能保证全时不间断通信。

饶是如此,因为需要中继,嫦娥六号与地球之间的通信带宽仍然是非常宝贵的。而且嫦娥六号的体量比嫦娥四号要大很多,总重量达到8.3吨,接近后者的两倍。整个软着陆过程也十分复杂。当探测器在完成主减速段之后,光学成像敏感器拍摄下方的着陆区,避开大的障碍地形,选择一个预定着陆点,这一步是“粗避障”。

当探测器下降到距离月面仅100米高度时,会停止下降进入悬停状态,使用激光三维成像敏感器和激光测距仪,对月面进行精确的三维扫描,获得准确的地形,然后再选择一下条件最理想的最佳着陆点,这被称为“精避障”。之后探测器会向这一着陆点下降,在距离月面3米处关闭主发动机,靠自由落体和着陆腿的缓冲来降落在月面上。

如此复杂的操作当然需要更多的通信支持。另外嫦娥六号除了着陆器和上升器之外,还携带了法国的氡气探测仪、欧空局的月表负离子分析仪等科学载荷。最关键的是嫦娥六号还得挖土采样,各类载荷的通信需求很大,根本腾不出带宽来进行锦上添花的直播。

况且我们搞探月工程,也没想着要通过登月竞赛来搞垮某个国家,任务的成功才是最重要的。为了保证嫦娥六号能够顺利着陆,顺利采样返回,自然也就没有必要进行直播了。等到将来我国的月球中继卫星多了,通信条件更好了,再搞月球背面的直播也不是没有可能,到那时大家再一饱眼福吧!

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