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2007年10月26日 星期五
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《中國新聞周刊》:“嫦娥”的使命
2007年10月26日 14:51 來源:中國新聞網(wǎng)

    十月二十四日傍晚,中國首顆月球探測(cè)衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”發(fā)射成功。圖為北京航天飛行控制中心監(jiān)控衛(wèi)星發(fā)射情況。 中新社發(fā) 毛建軍 攝


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    如果太空是一片浩瀚的海洋,那么月球就是離人類最近的島嶼。想出海,就必須先踏足這座島嶼

  記者/蔡如鵬

    “嫦娥一號(hào)”工程的核心就是為了實(shí)現(xiàn)從地球到月球的星際飛行。月球探測(cè)工程是中國頭一次飛離地球,對(duì)地外星體進(jìn)行探測(cè)。

  人類第一次對(duì)月球表面進(jìn)行全月面三維立體照相

  中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所研究員歐陽自遠(yuǎn)院士,是“嫦娥工程”月球應(yīng)用科學(xué)首席科學(xué)家。他在接受《新京報(bào)》采訪時(shí)回憶,2004年1月國務(wù)院正式批準(zhǔn)繞月探測(cè)工程立項(xiàng),此前“整整醞釀了10年”。這期間,爭(zhēng)議最大的就是“上月球干什么”。

  1997年香港回歸前夕,有人提出利用運(yùn)載火箭往月球上發(fā)射一個(gè)象征中國的鐵質(zhì)標(biāo)志,永遠(yuǎn)將其“烙”在月球上,以揚(yáng)國威、鼓志氣。一些學(xué)者甚至向中央打了申請(qǐng)報(bào)告,計(jì)劃在香港回歸前完成發(fā)射任務(wù)。這個(gè)設(shè)想當(dāng)時(shí)在科學(xué)界引發(fā)巨大爭(zhēng)議。

  “這完全是從政治角度考慮的,基本上沒有什么科學(xué)研究?jī)r(jià)值。所以當(dāng)報(bào)告打到中央后,被時(shí)任國務(wù)院總理的李鵬同志否決了。”歐陽自遠(yuǎn)說。

  這次“嫦娥一號(hào)”明確提出了四項(xiàng)科學(xué)目標(biāo):

  獲取月球表面三維影像;

  分析月球表面有用元素含量和物質(zhì)類型的分布特點(diǎn);

  探測(cè)月壤特性;

  探測(cè)地球至月球的空間環(huán)境。

  與上世紀(jì)六七十年代蘇聯(lián)和美國探月相比,這次“嫦娥一號(hào)”探月除了一些必要的重復(fù)性、確認(rèn)性的探測(cè)內(nèi)容外,將是人類第一次對(duì)月球表面進(jìn)行全月面三維立體照相。

  國家天文臺(tái)研究員李競(jìng)評(píng)價(jià)說,月球表面影像“從二維到三維,完全不一樣。三維立體照相用處很大,對(duì)將來進(jìn)一步探月,都是重要的基礎(chǔ)建設(shè)!

  繞月探測(cè)工程衛(wèi)星系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師孫輝先透露,“嫦娥一號(hào)”將利用月球的自轉(zhuǎn)完成對(duì)整個(gè)月面的覆蓋觀測(cè),分辨率在120米左右。

  “盡管人類已經(jīng)向月球發(fā)射了近百個(gè)探測(cè)器,但仍有不少基本的問題沒有定論!北本┐髮W(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授焦維新說,比如月球上最高的山有多高,有說八千米的,有說七千米的,有說五六千米的,相差很大。

  為了完成四項(xiàng)科學(xué)目標(biāo),“嫦娥一號(hào)”上搭載了6套24件科學(xué)探測(cè)儀器(也稱有效載荷),包括CCD立體相機(jī)、激光高度計(jì)、成像光譜儀、伽馬/X射線譜儀、微波探測(cè)儀、太陽高能粒子探測(cè)器和低能離子探測(cè)器等。

  CCD立體相機(jī),是拍攝月球表面三維影像的專用相機(jī),在中國屬首次使用;

  伽馬/X射線譜儀用于探測(cè)月球表面元素;

  微波探測(cè)儀除用于獲取月壤厚度信息外,還能給出月球背面的亮度溫度圖和月球兩極地面的信息。

  這些探測(cè)儀器“總的來說,與國際上當(dāng)前同類儀器的研制水平相當(dāng)”,孫輝先說,有些方面還有創(chuàng)新,比如這次“使用的伽馬/X射線譜儀探測(cè)的分辨率和靈敏度,比國際上以往月球探測(cè)中使用的同類儀器要高,所以可能探測(cè)到更多的元素。”

  與日本9月14日發(fā)射的“月亮女神”探測(cè)器相比,孫輝先認(rèn)為,兩者的探測(cè)目標(biāo)互補(bǔ)。 “月亮女神”除主星外還有兩個(gè)小衛(wèi)星,是一箭三星,探測(cè)月表元素、礦物、月球空間環(huán)境等目標(biāo),與“嫦娥一號(hào)”相近,但“嫦娥一號(hào)”有探測(cè)月壤厚度的目標(biāo),“月亮女神”沒有;“月亮女神”有探測(cè)月球結(jié)構(gòu)的目標(biāo),“嫦娥一號(hào)”沒有。

  如果控制不好,就會(huì)出現(xiàn)撞擊月球或飛離月球的可能

  與中國已發(fā)射的近百顆人造衛(wèi)星和六艘飛船相比,“嫦娥一號(hào)”將飛得更遠(yuǎn)、更快。它的目的地是距地球38.4萬公里之遙的月球,而“神舟”飛船的軌道離地面只有300多公里。

  焦維新教授告訴記者:“在探月工程之前,中國把衛(wèi)星送至的最遠(yuǎn)距離大約是7萬公里!

  飛得越遠(yuǎn),需要擺脫的地球引力束縛越大。根據(jù)物理學(xué)家的計(jì)算,要想把一個(gè)物體發(fā)射到太空中,至少要達(dá)到2.8萬公里的時(shí)速(即第一宇宙速度7.9公里/秒)才能進(jìn)入近地軌道。

  “嫦娥一號(hào)”雖然仍沒有完全擺脫地球引力的束縛,但它需要從近地軌道轉(zhuǎn)移至環(huán)月軌道,因此,在太空中飛行的最高速度也要大大超過所有的近地衛(wèi)星。

  據(jù)繞月探測(cè)工程衛(wèi)星系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師孫澤洲透露,“嫦娥一號(hào)”在地月轉(zhuǎn)移軌道入口的速度會(huì)達(dá)到10.9公里/秒左右。

  “衛(wèi)星從地球往月球轉(zhuǎn)移的軌道,稱之為地月轉(zhuǎn)移軌道。”焦維新教授解釋說——“嫦娥一號(hào)”發(fā)射后,先進(jìn)入距離地面200公里的停泊軌道,圍繞地球旋轉(zhuǎn),然后,等待時(shí)機(jī)加速轉(zhuǎn)入地月轉(zhuǎn)移軌道。最后,達(dá)到月球附近時(shí),減速切入環(huán)月軌道,執(zhí)行對(duì)月球的探測(cè)任務(wù)。

  在進(jìn)入環(huán)月軌道前,“嫦娥一號(hào)”需要進(jìn)行9至10次的變軌。其中最為關(guān)鍵的是進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道時(shí)的變軌,以及進(jìn)入環(huán)月軌道時(shí)的變軌。

  這兩次變軌均具有短暫性和惟一性的特點(diǎn)。如果控制不好,就會(huì)出現(xiàn)撞擊月球或飛離月球的可能。因?yàn),“嫦娥一?hào)”的飛行路線并不是一條直線,所以它的飛行距離遠(yuǎn)不止38.4萬公里。在這樣漫長、復(fù)雜的太空旅程中,軌道的設(shè)計(jì)以及途中對(duì)火箭和衛(wèi)星的控制、測(cè)量都是需要面對(duì)的難關(guān)。

  “火箭與衛(wèi)星在飛行當(dāng)中必須有一個(gè)參考系,就像船在大海航行,必須有個(gè)燈塔指令航程,所以飛行過程中需要很多的參考機(jī)制,這些都是控制上的問題!敝袊茖W(xué)院院士、中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院火箭彈道設(shè)計(jì)專家余夢(mèng)倫說。

  上世紀(jì)六七十年代,美國“阿波羅”載人飛船在軌道設(shè)計(jì)時(shí),從宇航員保障考慮,盡量縮短行程的時(shí)間,來回只用了8天3小時(shí)18分鐘,焦維新介紹說。

  這次“嫦娥一號(hào)”在軌道設(shè)計(jì)上,對(duì)時(shí)間的考慮則顯得從容得多!帮w到月球附近需要10至12天!崩@月探測(cè)工程衛(wèi)星系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師孫澤洲說。

  談到與阿波羅計(jì)劃的區(qū)別,焦維新說:“雖然軌道大同小異,但我們(指‘嫦娥一號(hào)’衛(wèi)星)不是進(jìn)入停泊軌道以后就直接加速進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道,還要經(jīng)過幾個(gè)大橢圓軌道,等待最佳變軌時(shí)機(jī),這樣既便于控制,又可以節(jié)省燃料!

  他進(jìn)一步解釋說,衛(wèi)星在停泊軌道的速度大約是7.7公里/秒,如果一下子加大到進(jìn)入地月軌道時(shí)所需的10.9公里/秒,速度的增幅過大,控制難度較大。但通過多次加速,經(jīng)過幾個(gè)大橢圓軌道,每次速度提高一點(diǎn),便于控制。同時(shí),選擇最佳時(shí)機(jī)變軌,可以盡量減少對(duì)衛(wèi)星速度的調(diào)節(jié)次數(shù),降低能量的消耗。

  除了軌道設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)之外,余夢(mèng)倫指出,衛(wèi)星是否適應(yīng)此前沒有遇到過的深空環(huán)境以及實(shí)現(xiàn)長距離的通訊,都是將要面臨的考驗(yàn)。

  月球上有很多礦產(chǎn)資源,特別是月壤中的氦-3

  “嫦娥一號(hào)”完成繞月探測(cè)任務(wù)后,中國的探月工程將展開新的目標(biāo)!秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》中,月球探測(cè)工程被設(shè)想為三期,簡(jiǎn)稱為“繞、落、回”三步,2020年前后完成。

  但載人登月尚未列入計(jì)劃之中。

  第二步為“落”,即發(fā)射月球軟著陸器,并攜帶月球巡視勘察器(俗稱月球車),在著陸器落區(qū)附近進(jìn)行就位探測(cè),這一階段將主要突破在地外天體上實(shí)施軟著陸技術(shù)和自動(dòng)巡視勘測(cè)技術(shù)。

  第三步為“回”,即發(fā)射月球采樣返回器,軟著陸在月球表面特定區(qū)域,并進(jìn)行分析采樣,然后將月球樣品帶回地球,在地面上對(duì)樣品進(jìn)行詳細(xì)研究。這一步將主要突破返回器自地外天體自動(dòng)返回地球的技術(shù)。

  這三個(gè)階段的關(guān)系是遞進(jìn)銜接,每一步都對(duì)前一步深化,并為下一步奠定基礎(chǔ)!袄@”是全球性、整體性與綜合普查;“落”是區(qū)域性精細(xì)就位分析;“回”是樣品返回地面后的試驗(yàn)室精準(zhǔn)分析。

  中國的探月工程也把目標(biāo)直接指向了月球上的資源。中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所研究員歐陽自遠(yuǎn)院士多次表示,月球上有很多礦產(chǎn)資源,特別是月壤中的氦-3,是地球上稀有的核聚變?nèi)剂。而“嫦娥一?hào)”的任務(wù)之一就是探測(cè)月壤特性。

  也有科學(xué)家認(rèn)為探月計(jì)劃的目標(biāo)不宜定位為月球資源開發(fā),首先要考慮成本,現(xiàn)在地面上的氘和氚資源很豐富,電解后就可以使用,到月球上開發(fā)氦-3缺乏可行性論證。

  但爭(zhēng)議無法阻止人類探月的腳步。焦維新的這段話或許說明了其中的緣由:“如果太空是一片浩瀚的海洋,那么月球就是離我們最近的島嶼。想出海,怎么能不先踏足這座島嶼呢?”

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