據“中國探月工程”微信公眾號7月8日消息，在遙遠的月球背面，嫦娥四號正處于第32月晝工作期，“玉兔二號”月球車累計行駛里程超過700m。近期，嫦娥四號科研團隊采用圖像分析和數值模擬相結合的創(chuàng)新方法，對嫦娥四號降落相機及全景相機的數據進行分析，獲得了嫦娥四號著陸器降落時的揚塵發(fā)射角、揚塵量、月壤侵蝕深度、侵蝕范圍等關鍵數據。本項成果由澳門科技大學月球與行星科學國家重點實驗室張小平副教授、博士生游擊林、蘭州空間技術物理研究所李存惠高級工程師、張海燕工程師、嫦娥四號探測器項目執(zhí)行總監(jiān)張熇研究員與北京空間機電研究所、北京航空航天大學、中國科學技術大學、西安電子科技大學、貴州師范大學相關研究人員聯合完成。

圖1：消光因子與侵蝕半徑對比

基于嫦娥四號降落圖像的分析結果不僅驗證了現有羽流-塵埃侵蝕模型，為模型改進提供了優(yōu)化方法，還可以為后續(xù)探月任務的工程策略選擇提供指導。例如，嫦娥四號噴口離月表13m高時，塵埃開始被揚起，因此，與嫦娥四號類似的登月器應該在13m以上的高度選定著陸點，以避免揚塵的遮擋影響。測量的塵埃最大發(fā)射角和揚起位置（內侵蝕半徑r0）可用來估計揚塵的沖擊范圍，為后續(xù)任務中的防塵設計提供參考信息。同時，侵蝕分析表明月壤的侵蝕深度與所處的局部地形高程呈正相關關系，這意味著從工程安全角度出發(fā)，著陸器應該優(yōu)先選擇在月表平坦區(qū)域著陸，以減小揚塵可能對著陸器上設備產生不利影響的可能。

根據侵蝕模型估算，嫦娥四號降落過程中揚起的月塵約213kg，相應的月壤侵蝕深度可達0.6cm（該位置離噴口約1m）。研究發(fā)現，嫦娥四號著陸器發(fā)動機噴口高度為0.6m時，塵埃最大發(fā)射角大于7°，大于仿真模擬月表水平條件下得到的塵埃發(fā)射角，這可能受到嫦娥四號著陸在4~5°的傾斜表面上的影響。

研究團隊還分析了塵埃開始揚起的徑向位置r0變化，分析降落圖像的結果表明當噴口在3m~11m高的恒推力階段（約2000 N），內侵蝕半徑隨噴口高度的降低逐步縮小，從3m縮小至約為噴口半徑的0.4m（見圖1）。

嫦娥四號著陸器噴口離月表約2m高時，發(fā)動機開始關機。利用消光模型計算發(fā)現，在關機之前揚塵的消光因子隨高度的降低呈近似線性增加，在關機之后不再增加（見圖2）。這意味著變推力發(fā)動機在觸月前關機可減少揚起的塵埃量，進而降低塵埃對著陸器上設備的損傷可能。侵蝕模型需要考慮局部地形、塵埃發(fā)射角分布、月壤力學特性等在月壤侵蝕過程中的影響。

圖2：（a）基于嫦娥四號降落圖像獲取的月壤侵蝕深度（圓圈位置處代表測量值，平均測量值為0.71±0.2cm，其它區(qū)域的數值通過插值獲得）；（b）基于降落圖像獲取的高程圖，基平面是著陸區(qū)的斜面（圓圈位置處代表測量值，其它區(qū)域的數值通過插值獲得）

上述的研究成果對評估月球著陸任務中發(fā)動機揚塵的影響提供了借鑒依據，同時可對后續(xù)進一步研究表面月壤力學及遷移特性提供參考。研究成果以“Analysis of plume-lunar surface interaction and soilerosion during the Chang'E-4 landing process”為題發(fā)表于《Acta Astronautica》。論文獲得審稿人的高度評價——“This is an extremely interesting subject. It is highly important research and it representscrucial improvements in technique. It is an excellent manuscript on a cruciallyimportant topic. I give it my highest recommendation to be published”。該工作獲得了澳門科技發(fā)展基金（008/2017/AFJand0042/2018/A2）和國家自然科學基金（11761161001、41941001）等項目資助。