江畔何年初见月，江月何年初照人。是古人望向月亮时，展开对于宇宙起源和人类来自何方的联想。可以说古今中外，人类对于月亮总是怀着无限的向往，比如在科幻始祖凡尔纳的《从月球到地球》中人类就实现了登月，虽然用来登月的工具是一个造型奇特的空心导弹，不过到底是开启了人类登月的幻想之旅。
随着科技的不断发展，登月不再是只能存在于科幻小说当中的幻想，而是现实当中可以做到的事情。从上世纪50年代，美苏冷战导致深空探索热潮的出现，人类想近距离看看月球或者登上月球，都变成了能够实现的事情。在两国焦灼的对抗之下，美国与苏联前后向月球发射探测器共计100余次，却没有一次成功登陆月球背面，是因为觉得背面没有什么探索价值吗？
2019年我国的嫦娥四号成功在月球背面软着陆，创下了人类史上的第一次月背着陆记录，月背成功登陆又有什么深远的意义和作用呢？不如一起走进嫦娥四号的故事，看看月亮女神神秘的背影中藏着什么样的玄机。
美国和苏联的探月之路
作为冷战时期两方的代表国家，美国和苏联可谓是一直明里暗里在较劲，打开了深空探索的新局面后，都将重心转移到了探月之上。据统计，在2007年我国发射嫦娥一号之前，世界范围内有记录的探月活动总计123次。在这当中苏联发射了64个月球探测器，美国稍微逊色只发射了56个，除此之外还有日本和欧洲航空航天局参与发射，共计成功60次，成功率约为49％。
首先来看看美国的探月之路吧，虽然发射的探测器不如苏联多，但是凭借自己财力雄厚的资本，美国将宇航员成功送上了月球，创下了人类首次登陆月球的记录。在1958年到1976年之间，美国发射了七个系列的月球探测器，成功率较高的分别是先驱者系列、徘徊者系列、月球轨道器系列、勘探者系列和阿波罗系列。
我们最为熟悉的是阿波罗系列，但是却不知道美国为了阿波罗计划顺利实施，在这之前使用徘徊者、月球轨道器、勘探者三个系列多次对月球进行探测。
比如月球轨道器系列的主要任务就是为了后续确定阿波罗号飞船的着陆点在做准备工作，发射五次全都取得成功，其中的月球轨道探测器四号拍摄了不少月球背面照片。勘探者系列则不再肩负拍照的任务，而是要进行软着陆实验，前后一共发射了七次，五次成功在月球正面着陆。
其次是在阿波罗计划成功之前遥遥领先美国的苏联，可能是国家文化不同，苏联人的做法和想法更加简单粗暴，他们认为让探测器撞击到月球表面也可以作为登陆的一种方式，这可能就是战斗民族吧！
1959年苏联发射的月球2号首次成功撞月，1966年发射的月球9号首次在月球软着陆，同年发射的月球10号首次实现绕月飞行，均领先于美国。
值得一提的是虽然苏联最终也未能把宇航员送上月球，或者是把探测器送上月球背面，但是1959年时苏联发射的月球3号首次拍到了月球背面并且传回了照片，这是人类第一次看到月球背面的样子。
月球背面登陆难度高
在当时竞争激烈的背景之下，美国和苏联什么方面都想争第一，在它们看来创下第一的记录可以彰显自己国家的实力，打对方的脸。因此第一次月背登陆肯定也是在两国的计划当中的，可是最后却没有实施，难道是因为不屑吗？显然不是，当然是因为太难了，做不到。那么月球背面登陆究竟有多难呢？相较于月球正面登陆又有何不同？
首先，我们要先知道一件事情，现在我们每晚抬头看见的始终都是月球的正面。这是因为月球作为地球的天然卫星，它一边进行自转，一边绕着地球公转，而它的自转周期和公转周期又完全相同，所以永远是一面对着地球。这种现象在天文学当中也被称作潮汐锁定，这取决于地球对月球的强大吸引力。
宇宙当中不少红矮星也会有这种机制，但是被它们潮汐锁定的星体就比较惨了，始终只有一面被炙烤，另一面永远处于黑暗，各位可以以此想象一下地球被太阳潮汐锁定后的景象。
这种条件下登陆月球背面的难度变得很高，主要困难集中于以下的三个方面。首先是通讯障碍，在月球正面我们很容易与探测器建立通讯，但是在背面时，探测器是无法直接和地球通讯的。如果不能进行通讯，那么就无法实时监测探测器的活动，想完成月背探测观察的任务更不可能，因为未知的意外太多了，即使探测器自动完成了勘探和拍摄，照片也无法传回地球。
其次是登月的时机，不少人都有过黑月亮的误解，就是认为月球不对着地球的那一面永远都是黑夜，但是其实月球的两面和地球上的昼夜是一样的。因此实施月球背面登陆一定要等到背面为白天的时候。假如在寒冷的黑夜中登陆，那么探测器很容易损坏。
如何精准地推测月背白天时间，以及登陆的角度，都是需要解决的难题。
最后就是着陆点的确定了，月球背面的照片大部分都比较模糊，不足以精确判断着陆点。再者月球背面的环境相较于正面要复杂得多，即使大家觉得正面看起来已经是凹凸不平的麻子脸了，但是还是有开阔平坦的地带的，比较适宜着陆。月球背面的撞击坑更多也更加密集，此外还有不少凸起的山峰，想找到一块面积较大、比较平坦的地面可谓是十分困难。
嫦娥四号登陆月球背面
嫦娥四号的发射时间是2018年的12月8日凌晨，在经历过将近一个月后，于2019年的1月3日成功在月球背面着陆。着陆地点在南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑当中，成功拍摄了近距离月球背面影像图。
针对前文中所说的登陆困难，工程师给嫦娥四号配备了各种创新技术和设备进行应对。比如说无法建立通讯的问题，我国选择送上一颗月球中继卫星，作为探测器和地球之间沟通的桥梁，还为它取了个浪漫的名字叫鹊桥。
这枚卫星重量约448公斤，高度850毫米，不过加上天线的话还是有3米的，整体看上去十分娇小。它提前进入了地月拉格朗日L2的晕轨道，做着逆周期运动，保持轨道的稳定性，确定可以随时与嫦娥四号保持联系。此外通过中继卫星，还可以实现轨道测试修正和近月点变轨等操作。
月球背面复杂的地形对于探测器的软着陆要求很高，因此专门配备了GNC技术，全程导航与控制技术。
GNC系统负责嫦娥四号着陆器和巡视器组合体奔月、环月、落月的整个过程的控制，特别是临近月球时的踩刹车和落月的过程。
它必须做到智能和可靠，因为即使有了中继卫星的通讯，也会存在信息传递延迟的问题，所以GNC系统要在没有人类指令的时候完成智能盲降这一操作。有了GNC系统的保驾护航，再加上着陆器当中动力下降系统的设计，整个登陆过程比较顺利。
除了鹊桥有效的牵引和智能导航系统的着陆之外，为了能够顺利完成三个任务目标：月球背面区域矿物成分和形貌探测、月球背面区域浅层结构探测和月基低频电天文观测，嫦娥四号还配备了多个设备。
比如说着陆器上配备的相机主要用于拍摄地形地貌，玉兔二号巡视器上的则是全景相机，拍摄出月球背面的三维图像。此外还有低射频电谱仪、辐射剂量探测仪、红外成像光谱仪、中性原子探测仪等多种高科技设备。
为什么要登陆月球背面？
自古以来，中国人就有务实的本质，一直传承到现在。我国的航天工程自发展以来，一直是一步一个脚印，我国之所以成为第一个登陆月球背面的国家，也是基于嫦娥系列工程三步走绕、落、回的计划，倒也没有想要去争第一的名头。选择在月球背面登陆，是因为探寻月球背面的相关情况对于全人类而言有着非凡的意义。
嫦娥四号的着陆点冯·卡门撞击坑是月球的三大板块结构之一，也被认定为月球上面积最大、年代最古老的撞击坑。它保留得十分完整，退化的程度也非常低，这与月球正面的撞击坑大有不同，可以用于研究月球深度初始物质和月球热历史演化。
由于是最早的撞击坑，冯·卡门撞击坑对于认识太阳系的形成具有重要科学价值，特别是判定太阳系是否存在39亿年晚期密集轰击事件，具有决定性的作用。
登陆月球背面最重要的意义是它可以作为绝佳的低频射电天文观测点。这个低频射电可能有很多人了解，通俗理解为宇宙中的一种信号。而这些信号可能是宇宙中其它星球发来的，能够作为我们寻找外星生命的关键。
大家或许疑问为什么在地球上不能建立这种观测点，主要是因为地球存在着浓密的电离层，而这个电离层能够阻挡地球之外低于10兆赫兹的低频电磁辐射，让我们无法接收到这一类信号，就像考场防作弊使用的WiFi信号屏蔽器，电离层直接把低频信号全部拦截了。
月球背面则因为没有大气层的原因，电离层非常薄，所以在月球背面对于低频射电探测的实施，可谓是有得天独厚的条件。嫦娥四号上面就带有三种低频射电探测仪，负责完成探测。获取到的信号，可以用于研究太阳爆发、揭示地月空间等离子环境特征，说不定还能让我们听到宇宙更深处外星人微弱的声音。
结语
中国的嫦娥系列工程已经获得了圆满成功，不仅嫦娥四号首次着陆月球背面，嫦娥五号也完成了登陆、采集和返航的任务，为我国带来了丰富的月壤以供研究。
航天工程发展方面，我国一直不争不抢默默发力，只管脚踏实地做好自己的计划，然后登月、探月、返回，实现国人的航天梦想。这种不鸣则已一鸣惊人的气势，恰好体现了中国人吃苦耐劳、追求梦想永不言弃的精神！
