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近日，在嫦娥七号任务的鹊桥二号中继星即将发射之际，我国探月工程四期首席科学家中国科学院国家空间科学中心王赤院士联合探月工程四期任务核心科研人员在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表综述文章“Scientific Objectives and Payload Configuration of the Chang’E-7 Mission”（嫦娥七号任务的科学目标和有效载荷配置），系统介绍了中国探月工程四期嫦娥七号科学任务情况，在聚焦月球南极探测关键科学问题的基础上，通过配置的18台套有效载荷，实现月球极区科学与资源探测，有望在月球形成与演化、日地月空间环境、月球原位资源利用等方面取得重大原创科学成果，为未来建立长期、连续运行的综合性月球科研站奠定基础。
嫦娥七号的科学任务
2022 年1 月国务院新闻办公室发布《2021 中国的航天》白皮书，阐释了未来五年，我国将继续实施月球探测工程四期任务，发射嫦娥六号、七号探测器，完成月球极区采样返回和月球极区高精度着陆和阴影坑飞跃探测，完成嫦娥八号任务关键技术攻关，并与相关国家、国际组织和国际合作伙伴共同开展国际月球科研站建设。嫦娥七号探测器是根据我国探月工程四期任务而研制的新型探测器，采用绕、落、巡、飞跃等综合探测方式着陆在月球南极，实现月球极区环境与资源勘查。
月球南极区域主要由南极艾肯盆地和盆地边缘的高地组成，高程起伏较大，该区域的地形变化主要源于南极艾肯盆地、薛定谔盆地、卡贝乌斯、阿蒙森等大型撞击事件对月表的挖掘与溅射沉积作用。在南极区域开展集轨道器、着陆器、巡视器、飞跃器的综合科学与资源探测，结合利用中继星的独特空间位置开展对地球空间的整体观测，具有重要的科学价值。
图 1:250万月球南极区域地质图
嫦娥七号任务聚焦月球南极的关键科学问题，提出的科学目标包括：
月壤水冰和挥发组分的探测和研究。
月球形貌、成分和构造的探测和研究。
月球内部结构、磁场和热特性的探测和研究。
月球南极月表环境的综合探测与研究。
月基对地球磁尾和等离子体层的探测和研究。
月-地VLBI测量试验和观测研究。
有效载荷配置
为了实现以上科学目标，嫦娥七号任务各探测器平台共配置有效载荷18台。
中继星上配置月球轨道VLBI试验系统、阵列中性原子成像仪、极紫外相机等3台科学载荷。配置了一台有效载荷管理器，为中继星有效载荷统一进行电源、遥测、遥控、总线和科学数据接口，按照集成化和紧耦合的设计原则，载荷管理器集成了极紫外相机主控单元，实现极紫外相机供配电和数据处理。
图 中继星有效载荷系统组成图
在轨道器上配置高分辨率立体相机、月球微波成像雷达、宽谱段红外光谱成像分析仪、月球中子伽玛谱仪、环月磁强计等共5台科学载荷。配置一台轨道器载荷管理单元，为轨道器有效载荷统一进行电源、遥测、遥控、总线和科学数据接口，按照集成化和紧耦合的设计原则，环月磁强计的电子学单元、月球中子伽玛谱仪的高压单元集成在轨道器载荷管理单元内部。
图 轨道器有效载荷系统组成图
在着陆器上配置月表环境探测系统、月震仪、降落相机、地形地貌相机等共4台科学载荷。配置一台着陆器载荷管理单元，为着陆器有效载荷进行电源、遥测、遥控、总线和科学数据接口，其中降落相机直接与着陆器平台进行信息交互，月表环境探测系统、月震仪、地形地貌相机通过着陆器载荷管理单元实现与探测器平台之间的信息交互。
图 着陆器有效载荷系统组成图
在巡视器上配置拉曼光谱仪、测月雷达、月表磁场测量仪、全景相机、月壤挥发分测量仪等共5台科学载荷。其中全景相机直接与巡视器数据管理分系统进行信息交互，测月雷达、月表磁场测量仪、拉曼光谱仪、月壤挥发分测量仪通过巡视器载荷管理单元实现与探测器平台数管分系统之间的信息交互。
图 巡视器有效载荷系统组成图
在飞跃器上配置月壤水分子分析仪1台科学载荷，直接与飞跃器平台相连。
图 飞跃器有效载荷系统组成图
结论和展望
月球探测根本上是为了更好的认识地球和整个太阳系。在中国探月工程完成“绕、落、回”三步走的基础上，嫦娥七号任务聚焦月球南极开展科学探测，结合利用中继星的独特空间位置开展对地球空间的整体观测，具有重要的科学价值和应用前景。
了解详情，请阅读全文
Wang C, Jia Y, Xue C et al. Scientific objectives and payload configuration of the Chang’E-7 mission.https://doi.org/10.1093/nsr/nwad329
来源：中国科学杂志社
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