據(jù)“中國(guó)探月工程”微信公眾號(hào)7月8日消息，在遙遠(yuǎn)的月球背面，嫦娥四號(hào)正處于第32月晝工作期，“玉兔二號(hào)”月球車?yán)塾?jì)行駛里程超過700m。近期，嫦娥四號(hào)科研團(tuán)隊(duì)采用圖像分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的創(chuàng)新方法，對(duì)嫦娥四號(hào)降落相機(jī)及全景相機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得了嫦娥四號(hào)著陸器降落時(shí)的揚(yáng)塵發(fā)射角、揚(yáng)塵量、月壤侵蝕深度、侵蝕范圍等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。本項(xiàng)成果由澳門科技大學(xué)月球與行星科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張小平副教授、博士生游擊林、蘭州空間技術(shù)物理研究所李存惠高級(jí)工程師、張海燕工程師、嫦娥四號(hào)探測(cè)器項(xiàng)目執(zhí)行總監(jiān)張熇研究員與北京空間機(jī)電研究所、北京航空航天大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、貴州師范大學(xué)相關(guān)研究人員聯(lián)合完成。

圖1：消光因子與侵蝕半徑對(duì)比

基于嫦娥四號(hào)降落圖像的分析結(jié)果不僅驗(yàn)證了現(xiàn)有羽流-塵埃侵蝕模型，為模型改進(jìn)提供了優(yōu)化方法，還可以為后續(xù)探月任務(wù)的工程策略選擇提供指導(dǎo)。例如，嫦娥四號(hào)噴口離月表13m高時(shí)，塵埃開始被揚(yáng)起，因此，與嫦娥四號(hào)類似的登月器應(yīng)該在13m以上的高度選定著陸點(diǎn)，以避免揚(yáng)塵的遮擋影響。測(cè)量的塵埃最大發(fā)射角和揚(yáng)起位置（內(nèi)侵蝕半徑r0）可用來估計(jì)揚(yáng)塵的沖擊范圍，為后續(xù)任務(wù)中的防塵設(shè)計(jì)提供參考信息。同時(shí)，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(guān)關(guān)系，這意味著從工程安全角度出發(fā)，著陸器應(yīng)該優(yōu)先選擇在月表平坦區(qū)域著陸，以減小揚(yáng)塵可能對(duì)著陸器上設(shè)備產(chǎn)生不利影響的可能。

根據(jù)侵蝕模型估算，嫦娥四號(hào)降落過程中揚(yáng)起的月塵約213kg，相應(yīng)的月壤侵蝕深度可達(dá)0.6cm（該位置離噴口約1m）。研究發(fā)現(xiàn)，嫦娥四號(hào)著陸器發(fā)動(dòng)機(jī)噴口高度為0.6m時(shí)，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(hào)著陸在4~5°的傾斜表面上的影響。

研究團(tuán)隊(duì)還分析了塵埃開始揚(yáng)起的徑向位置r0變化，分析降落圖像的結(jié)果表明當(dāng)噴口在3m~11m高的恒推力階段（約2000 N），內(nèi)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(hào)著陸器噴口離月表約2m高時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)開始關(guān)機(jī)。利用消光模型計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在關(guān)機(jī)之前揚(yáng)塵的消光因子隨高度的降低呈近似線性增加，在關(guān)機(jī)之后不再增加（見圖2）。這意味著變推力發(fā)動(dòng)機(jī)在觸月前關(guān)機(jī)可減少揚(yáng)起的塵埃量，進(jìn)而降低塵埃對(duì)著陸器上設(shè)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(xué)特性等在月壤侵蝕過程中的影響。

圖2：（a）基于嫦娥四號(hào)降落圖像獲取的月壤侵蝕深度（圓圈位置處代表測(cè)量值，平均測(cè)量值為0.71±0.2cm，其它區(qū)域的數(shù)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(cè)量值，其它區(qū)域的數(shù)值通過插值獲得）

上述的研究成果對(duì)評(píng)估月球著陸任務(wù)中發(fā)動(dòng)機(jī)揚(yáng)塵的影響提供了借鑒依據(jù)，同時(shí)可對(duì)后續(xù)進(jìn)一步研究表面月壤力學(xué)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(píng)價(jià)——“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(guó)家自然科學(xué)基金（11761161001、41941001）等項(xiàng)目資助。