歐陽自遠(yuǎn):中國完全具備月球探測能力
若是從時間上回答,很多人都能給出答案——2007年!在國防科工委不久前公布的探月時間表里,“嫦娥”一號將于2007年進行首次繞月飛行,從而正式邁出中國探月第一步。
但若將其作為科學(xué)問題來解答,連探月工程首席科學(xué)家歐陽自遠(yuǎn)也無法將其量化。歐陽院士在正在海南博鰲召開的中國科協(xié)2004年學(xué)術(shù)年會上接受記者采訪時描繪了“嫦娥”一號的科學(xué)目標(biāo),他說,“嫦娥”一號飛天后,科學(xué)家期望能借此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、探測月壤特征與厚度、探測地月空間環(huán)境。但當(dāng)記者問及為達(dá)到上述目標(biāo),現(xiàn)階段“嫦娥”一號研制過程中究竟還有多少技術(shù)難關(guān)時,歐陽院士直搖頭:“我實在無法將其量化!
歐陽院士說,我國啟動探測月球工程已經(jīng)論證了10多年,而他也從20世紀(jì)60年代開始研究月球。他認(rèn)為,我國完全具備開展月球探測的能力,也完全有能力完成對月球的精細(xì)研究。
他認(rèn)為,我國已經(jīng)建立起了完整配套的航天工程體系,這些基礎(chǔ)設(shè)施和研制條件為我國開展月球探測工程奠定了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。其中,東方紅—3號可作為月球探測衛(wèi)星平臺;長征—3甲運載火箭可滿足發(fā)射月球探測衛(wèi)星的要求;我國現(xiàn)有的S頻段航天測控網(wǎng),可完成首期月球探測的測控任務(wù)。從以上條件看,我國具備了月球探測數(shù)據(jù)的接收、處理和解譯能力。
“上個世紀(jì),當(dāng)美國、前蘇聯(lián)都邁向月球的時候,中國還沒有這個能力。所以,我們起步晚了。但是,今天的中國,一切都在發(fā)生著深刻的變化。我們一年的國民生產(chǎn)總值達(dá)到十幾萬億,中國的綜合國力在增強,中國的科技在發(fā)展,中國也培養(yǎng)出了大批科技人員,中國普通老百姓的生活水平也大幅度提高,我們已經(jīng)有條件有能力走向月球!睔W陽院士滿懷信心。
葉培建:所遇難點非近地飛行器可比
中國空間技術(shù)研究院的葉培建院士在分會場所作的報告中也指出了“嫦娥”一號的技術(shù)難點。
葉培建院士談到,與現(xiàn)有所有衛(wèi)星與飛船不同,我國第一個月球探測器——“嫦娥”一號需要從地球奔向月球(約38萬公里至40萬公里,目前我國航天器所達(dá)到的距地球最遠(yuǎn)距離為7萬公里)并繞月飛行一年,必然會遇到過去近地飛行器所未遇見過的一系列技術(shù)難點,包括:
——如何選擇一條合適的地月轉(zhuǎn)移軌道,實現(xiàn)從地球到月球的飛行,繼而準(zhǔn)確進入預(yù)定的環(huán)月軌道,并在異常復(fù)雜的月球引力場下維持軌道。這需要進行地月轉(zhuǎn)移軌道的分析求解、建立中途修正的數(shù)學(xué)模型、研究利用調(diào)相軌道擴大發(fā)射窗口的能力、進行軌道高度控制策略和優(yōu)化設(shè)計等;
——由于測控和通信需基于現(xiàn)有的基礎(chǔ)條件完成,在沒有大天線的前提下,要完成38萬公里的測控和數(shù)據(jù)傳輸就需研究現(xiàn)有測控體系的適應(yīng)性及與天文測量VLBI系統(tǒng)聯(lián)合使用的可能性,衛(wèi)星必須作出較大貢獻,要研制高增益的兩自由度定向天線,同時要配置高增益的全向天線;
——衛(wèi)星從發(fā)射到奔月、繼而環(huán)月,要經(jīng)歷多次復(fù)雜的軌道和姿態(tài)機動,而且有幾個機動點在時機上是唯一的,風(fēng)險很大。另外整個系統(tǒng)是個復(fù)雜的三體定向問題對地球、對月球、對太陽,使衛(wèi)星的制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制十分困難,除繼承已有的硬、軟件技術(shù)外,衛(wèi)星的GNC系統(tǒng)設(shè)計將更加復(fù)雜,可靠性要求更高,并要研制新型的紫外敏感器以解決對月敏感的新問題;
——衛(wèi)星的全壽命過程,其外熱流變化很大,有的面在一段時間是朝陽面,另一段時間又是背陽面,使得熱控在衛(wèi)星功率有限、重量有限的前提下很難設(shè)計,擬采用被動為主、主動為輔的方式,充分利用現(xiàn)有成熟技術(shù),適當(dāng)采用新技術(shù),輔以衛(wèi)星姿態(tài)機動等辦法解決;
——由于衛(wèi)星與太陽光線入射的位置關(guān)系,其能源波動極大,在一定時刻將無法滿足衛(wèi)星能源需求,解決的辦法是調(diào)整衛(wèi)星飛行姿態(tài),采用正飛、側(cè)飛交替的模式來改變太陽光入射角度,從而保證能源需求。
探月工程在實現(xiàn)了第一步繞月探測之后,將發(fā)射一個飛行器著陸于月球表面,這個著陸器能對著陸區(qū)周圍進行探測,并從該著陸器上釋放出一個月球表面探測車在月面行走和進行探測,針對這一任務(wù),還會碰到一系列技術(shù)問題。
設(shè)想中的登月火箭動力系統(tǒng)
探月的最終目的是登月,是為了開發(fā)和利用月球的寶貴資源。繼20世紀(jì)60年代的美蘇探月競賽以來,90年代又掀起第二輪探月高潮。航天大國均提出了各自的探月計劃。在可供人類登月的運載火箭和所需的發(fā)動機中,美國研制了土星V火箭,起飛質(zhì)量為2910×103kg,主發(fā)動機推力達(dá)到6770kN;前蘇聯(lián)在N-1火箭失敗后研制了能源號火箭,起飛質(zhì)量為2400×103kg,主發(fā)動機RD-170的推力達(dá)到7259kN。中國航天科技集團第11研究所研究員丁豐年、張小平在他們的報告中闡述了中國登月火箭的動力系統(tǒng)。
與美俄等航天大國比,我國現(xiàn)有最大的火箭起飛質(zhì)量為460×103kg,發(fā)動機最大推力只有750kN,即使是正在研制的新一代大型運載火箭起飛質(zhì)量最大為780×103kg,主發(fā)動機推力也只有1200kN,與登月尚有較大差距。
丁豐年和張小平認(rèn)為,未來我國的登月火箭應(yīng)具備推進劑環(huán)保、可靠性高、性能高、成本低的特點;鸺煞秩,其中一級由1個中心模塊捆綁4個模塊而成,每個模塊采用兩臺發(fā)動機;二級采用4臺發(fā)動機;三級采用兩臺發(fā)動機。在這個方案中,二、三級發(fā)動機為我國新一代大型運載火箭的發(fā)動機,關(guān)鍵技術(shù)已基本突破,計劃在2005年~2006年研制成功。
(稿件來源:《科學(xué)時報》,作者:保婷婷)