中國月球探測計劃浮出水下（下）

紫　曉

人類欲建“地球外的村莊”

縱觀各國的月球計劃,人類在21世紀的早期將有兩個關于在月球上進行建設的計劃,一個是建立月球觀測站,另一個是建立永久月球基地。

在建立永久月球基地、進行大規(guī)模開發(fā)月球之前,科學家計劃先建造一座月球觀測站,對月球做進一步的了解,以便尋找出可建立月球永久基地的合適地域。

這個月球觀測站極有可能建在月球表面遠離地球的一邊,因為在那兒儀器就不會被地球上的光及無線電波所干擾。人員將乘一種特殊的火箭運載器著陸,這種火箭運載器還是人在月球建站期間的生活住所。研究設備則包括探測、計量、記錄有關月球、太陽活動和外層空間環(huán)境的各種裝置。這些研究設備和建站所需的設備、材料,由特殊的機器人搬運。

由于條件所限,月球?qū)⒔o整個建造工作帶來很大的影響。因為一個月球日相當于14個地球日,差不多是地球上的半個月。在此期間,月球都是白天,而剩下的日子卻都是黑夜,月面上一片漆黑,進行建站工作幾乎是不可能的。

建造好的月球觀測站可供宇航員們短期居住。他們執(zhí)行一次任務的時間一般不超過20天,也就是說往返于月球的行程得花6天時間,在月球上還有大約14個地球日可以用來工作。

月球觀測站建成之后,科學家將進行光學天文學、射電天文學、地理學、生命科學的研究工作。此外,當宇航員對月球觀測站造訪時,他們也需要通過測試自己對月球環(huán)境的生理反應,積累和摸索在月球這樣一個沒有空氣的環(huán)境中,究竟如何生活和工作的經(jīng)驗。同時,月球觀測站對建立月球基地、開采月球礦藏以及對火星和其他行星的探測都是不可少的。因此,在21世紀初,這樣的觀測站將豎立在月球平原上。

建立永久月球基地,既是航天技術發(fā)展的結(jié)果,又是開發(fā)月球資源、建立月球工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和星際飛行的需要。月球基地的設想很多,其中一種設計方案是一個圓頂形建筑物?；貎?nèi)與外界完全封閉,溫度可以控制,并且非常舒服,人在其中生活和工作就像在家里一樣?；貎?nèi)安裝有各種各樣的試驗設備和儀器。為使室內(nèi)有較大空間,有些設備將安裝在鄰近基地的地方,使用起來很方便。有的設備由于相互之間不能被干擾等原因,則要建在幾公里以外。長期在這里工作的宇航員,最重要的工作之一是操作和維修這些設備。為使基地內(nèi)有充分的電能,專門安裝了大型太陽能發(fā)電裝置和從地球運送去的密封核能裝置。這些發(fā)電設備保證了宇航員在月球上用電就像在地球上一樣方便。

圍繞月球基地的建設,許多科學家展開了富有創(chuàng)意的設想。

1987年10月,在國際宇航科學院的一次會議上,來自50多個國家的近1000名科學家聯(lián)名提議分四個階段建造月球基地。第一階段,建造一個月球軌道站。第二階段,2003年～2005年建立月球?qū)嶒炇?6名宇航員來到月球,組建住人基地,在2006年～2010年基地將容納30人。第三階段,達到每年向高軌道航天器供給10噸產(chǎn)品的能力。第四階段,2026年～2100年建成具有高度生產(chǎn)能力的月球基地。

據(jù)美國1996年10月21日至27日的《空間新聞》報道,日本月球和行星協(xié)會提出的建立月球基地的方案,打算依靠國際合作的方式,在30年內(nèi)投資2.9萬億日元(約合261億美元)建立一個有人的月球基地,包括建立食品和能源生產(chǎn)工廠。該月球基地建設計劃分為四個階段。第一階段是在2005年對月球進行無人探測,主要是選擇既平坦,又有充足陽光和水的最佳地點。2006年～2016年為第二階段,主要是建造并運行無人系統(tǒng)。2017年～2023年為第三階段,主要是建造有人系統(tǒng)。2024年以后為第四階段。這時的基地為有人系統(tǒng),每隔6個月向月球運送3名宇航員,每批宇航員在月球上生活一年。

還有的科學家設想,在建立月球基地以后,逐步建立月球工廠。該月球工廠的使用壽命是30年,在此期間主要從事采礦業(yè),同時大量生產(chǎn)產(chǎn)品。這些產(chǎn)品既供自身使用,也向地球輸出。運輸這些產(chǎn)品的大型航天運載器在月球就地生產(chǎn)并加注燃料。維持月球基地的大部分經(jīng)費都由出售月球產(chǎn)品和為客戶提供服務所獲得的收益來支付。經(jīng)過逐步發(fā)展,再建立月球居民區(qū)。月球居民將從最初的50人增加到2000人,有多艘小型航天運載器來往于地球與月球之間。航天燃料、生產(chǎn)原料和人的大部分生活必需品都能就地解決。

還有一些科學家提出,在人類到月球居住之前,首先在月面上建立一個前哨站。這個前哨站包括運輸機械、材料加工廠和制造車間。這些設施和裝備將通過加工月球上的原料,制造出各種材料。有了這些材料便能生產(chǎn)出更多的運輸機械和建造更多的材料加工廠、制造車間,以此循環(huán),擴大前哨站的規(guī)模和生產(chǎn)能力。此后,建立科研基地、實驗室、醫(yī)療中心和火箭燃料生產(chǎn)工廠,進一步探測和開發(fā)月球資源,發(fā)展各種制造業(yè),合成空氣和水,種植植物和養(yǎng)殖動物,建立人工密閉生態(tài)系統(tǒng)。科學家預計,在2020年～2030年可以建成這種初級的月球基地。

科學家認為,在建造月球基地的過程中,地球和月球之間的交通將變得繁忙起來,采用一種航天運載器在地球與月球之間直飛是不合算的,因為航天運載器在加速和減速過程中要消耗大量能源。而且,大部分時間在真空中飛行的航天運載器,通過地球大氣層時其復雜設備完全用不著。因此,月球運輸可以采取分段接力的方法進行,即運載貨物和人的航天運載器從地球出發(fā),飛抵近地軌道的航天港,在那里由轉(zhuǎn)運航天運載器接替,飛向月球軌道的航天港,最后由登月艙接替,飛向月球基地。從月球返回地球的程序則相反。

建造“地球外的村莊”,是開發(fā)月球資源的基礎工程。與初期月球探測相比,21世紀的月球探測目標更明確,規(guī)模更宏大,參加的國家更多,并將廣泛開展國際合作。

盡管建設月球基地和實現(xiàn)月球定居困難重重,但是,我們完全有理由相信,隨著時間的推移和航天科學技術的進步,這些困難終將都是可以解決的。人類必將以新的態(tài)勢重新踏上月球,并在那片神秘的土地上居住和工作。

上九天攬月,中國打造航天大國

月球探測是航天技術的一個重要領域,一直受到各航天國家的重視,我國同樣有決心而且有能力在這一領域有所作為。

在國際上“重返月球”的呼聲中,我國不少專家呼吁盡快啟動月球計劃,適度開展月球探測活動,成為名副其實的航天大國。這些專家認為,開展月球探測,加入“探測月球國家”的行列,可以提高我國的國際地位,增強中華民族的凝聚力,有助于維護我國在國際外層空間事務和在未來開發(fā)月球中的權益,還可以促進航天技術和其它高新技術的發(fā)展,進一步推進我國在航天領域的國際合作。

月球是沒有國界的星球,一些先進國家都想早日捷足先登,跑馬圈地式地在月球上占據(jù)一塊屬于自己的地盤。1984年聯(lián)合國通過的《月球協(xié)議》規(guī)定,月球及其資源是人類的共同財產(chǎn),任何國家、團體和個人都不得據(jù)為己有。實際上,探測月球是真正實力的較量,先登先得仍然是不爭的事實。如果我國不開展月球探測,并取得一些成果,那么,我國不僅在國際論壇上討論分享月球開發(fā)權益問題時,不可能有更大的發(fā)言權,而且在外層空間事務和空間開發(fā)上的權益也得不到有效的維護。為此,富有遠見的中國科學家迫切期望早日啟動月球計劃,否則就要落后,犯下歷史性的錯誤。

我國專家認為,我國開展月球探測的條件已經(jīng)成熟。在航天運載器方面,據(jù)“長征三號”運載火箭總設計師、中國運載火箭技術研究院龍樂豪研究員認為,目前中國的“長征三號”運載火箭已經(jīng)具備將1.5噸～3噸的探測器送入月球軌道的能力。測控方面,在現(xiàn)有測控網(wǎng)的基礎上,再研制出直徑60～70米的地面主控站,就可以滿足月球探測的測控和通信需要。在軌道管理方面,幾十年來,我國曾經(jīng)研制和發(fā)射成功了多顆用于空間環(huán)境探測和空間遙感的衛(wèi)星,積累了豐富的航天器在軌運行的管理經(jīng)驗。在探測器的研制方面,我國多年來在研制衛(wèi)星的工程中,開展了“通用化、系列化、組合化”的工作,已經(jīng)建立了四種衛(wèi)星公用平臺,使航天器的研制水平及可靠性都得到了很大提高?？梢哉f,在“實踐五號”現(xiàn)代小衛(wèi)星和“東方紅三號”通信衛(wèi)星公用平臺的基礎上稍加改動,并配備有效載荷,就可以提供低成本、高可靠性的月球探測器平臺。

“東方紅三號”衛(wèi)星是我國自行研制的新一代通信衛(wèi)星,于1986年開始設計時就瞄準了當時80年代國際先進水平。盡管在通信頻段和轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量上與先進國家的衛(wèi)星有一定差距,但其分系統(tǒng)、單項性能和技術,如某些通信性能指標、全三軸姿態(tài)穩(wěn)定技術、雙組元統(tǒng)一推進系統(tǒng)、碳纖維復合材料結(jié)構等,與先進國家所采用的方案與技術相符。1994年11月30日,第一顆“東方紅三號”衛(wèi)星發(fā)射進入地球同步軌道,因燃料泄漏故障未能定點。1997年5月12日,在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心,第二顆“東方紅三號”衛(wèi)星由“長征三號甲”運載火箭發(fā)射。衛(wèi)星經(jīng)三次軌道轉(zhuǎn)移,于5月20日定點于東徑125度赤道上空。

“東方紅三號”衛(wèi)星的研制和發(fā)射成功,標志著我國通信衛(wèi)星技術跨上了一個新臺階,衛(wèi)星采用的許多先進技術和成果為我國研制更先進的衛(wèi)星打下了堅實的基礎。該衛(wèi)星有6個16W中功率轉(zhuǎn)發(fā)器和18個8W低功率轉(zhuǎn)發(fā)器,共24個C波段通信轉(zhuǎn)發(fā)器,通信業(yè)務包括電視傳輸、電話、電報、傳真和數(shù)據(jù)傳輸。衛(wèi)星由通信、結(jié)構、電源、姿態(tài)和軌道控制、推進、熱控和測控等7個分系統(tǒng)組成。衛(wèi)星采用三軸穩(wěn)定控制和雙組元統(tǒng)一推進系統(tǒng),太陽能電池陣和通信天線在地球轉(zhuǎn)移軌道展開。衛(wèi)星本體構形為六面體。結(jié)構按分艙段設計,分為通信艙、推進艙和服務艙。分艙段設計有利于各艙段并行總裝測試。衛(wèi)星干重946公斤,星本體長和寬2.2米、高1.7米,太陽能電池陣展開后衛(wèi)星跨度約18米,天線展開后衛(wèi)星高度約5.7米,工作壽命8年。

2000年11月22日,中國政府發(fā)表的《中國的航天》白皮書向世界宣布:中國在今后十年內(nèi)將開展以月球探測為主的深空探測領域的預先研究,標志著中國的月球探測計劃正式啟動。2000年11月在北京舉行了國際航天展,出現(xiàn)在軍事博物館展位上的中國登月沙盤,引來了無數(shù)國人新奇的目光。人造地球衛(wèi)星、載人飛船和深空探測作為人類航天活動的三大領域,我國已經(jīng)在前兩個領域作出了很大成就。今天,我國政府決心抓住國際上21世紀的月球計劃正處在起步階段的大好時機,開展月球探測,從而走出深空探測的第一步,填補我國在深空探測領域的空白,使我國成為名副其實的航天大國。

早在幾年前,中國國家航天局和中國科學院調(diào)集了大批專家,進行月球探測的研究工作。數(shù)個專家組分別對我國月球探測長遠規(guī)劃、首次月球探測科學目標、有效載荷、運載發(fā)射和工程實施等相關技術進行了研究論證。目前,已完成了關于開展月球探測的必要性和可行性等方面的論證,不少方案已經(jīng)通過專家論證。據(jù)業(yè)內(nèi)專家透露,中國月球探測的首要目標是對月球表面進行全方位、整體性的綜合遙感探測,從中選出有關鍵意義的月球區(qū)域,在此基礎上發(fā)射月球車軟著陸,進行深入探測。其目的是為建立月球基地選擇地址,下一步則是建立月球基地。為此,我國專家提出,我國的月球探測可以分為四個階段。第一階段:在2005年以前發(fā)射月球資源探測器,分別采取繞飛、擊中月球表面和環(huán)月飛行的方法,對月球進行拍照,了解和掌握月球的環(huán)境、能源等資源的分布情況和分布規(guī)律,獲取月球表面地形圖。第二階段:在2010年前發(fā)射月球探測器在月球軟著陸,在試驗月球軟著陸技術的同時,對月球進行探測,為進一步月球研究打下基礎。第三階段:在2020年以前,通過使用月球車、空間智能機器人等進行現(xiàn)場探測,確定月面土壤成分,為載人登月飛行和建立月球前哨站提供數(shù)據(jù)。第四階段:在2030年以前,發(fā)射小型采樣返回艙、月面鉆巖機和月球機器人等,采集有關樣品;將這些樣品送回地面進行研究,為載人登月和將來月球基地的選址提供有關數(shù)據(jù)。

在人類登月的過程中,月球機器人是登月前期的關鍵設備。據(jù)報道,在清華大學的一間實驗室里,我國的機器人專家正帶領他的研究小組夜以繼日地工作著,他們建立的“機器人遙控操作系統(tǒng)”已經(jīng)初具規(guī)模。在模擬實驗中,科學家在地面發(fā)射指令,機器人就可以按指令在月球上從事各種工作。

地球到月球有38萬公里,探測器大約需要飛行3～5天,能否實現(xiàn)探測器可靠的姿態(tài)和軌道控制,使探測器對準太陽或某顆恒星,并按預定軌道飛行;能否有效地接收探測器發(fā)回的信號,并實施對探測器的指揮和調(diào)整;能否保證探測器上的有效載荷經(jīng)受長途飛行和月球環(huán)境的考驗,完成預定的任務?這些都將成為我國月球探測成功與否的關鍵問題。目前,中國科學院和中國航天界的一大批躊躇滿志的專家,正在為攻克月球探測的關鍵技術而日夜不停地勞頓。許多難關已經(jīng)攻克,中國人通向月球之路已經(jīng)不再遙遠。而在突破了無人探測器技術和載人登月技術之后,龍的傳人探望月宮的日子也將不再遙遠。

附:“阿波羅”登月計劃大事記

1961年5月25日,美國總統(tǒng)肯尼迪在國會宣布,要在60年代末把人送上月球并安全返回。

1967年月1月27日,3名宇航員在“阿波羅四號”飛船的指揮艙起火事故中死亡。

1967年11月9日,用于載人登月運載火箭“土星五號”首次發(fā)射。

1968年10月11日,“阿波羅七號”飛船進行“阿波羅”計劃中的第一次載人地球軌道飛行。

1968年12月21日,“阿波羅八號”飛船進行第二次載人飛行,并第一次進入月球軌道。

1969年3月3日,“阿波羅九號”飛船發(fā)射,這是第一次包括飛船登月艙在內(nèi)的載人地球軌道飛行。

1969年5月18日,“阿波羅十號”飛船進行了第一次登月全過程的“彩排”,繞月飛行31圈,兩名宇航員乘登月艙下降到距離月面約15公里。

1969年7月16日,“阿波羅十一號”飛船開始首次載人登月飛行。7月20日,名為“鷹”的登月艙在月面靜海西南角著陸。39歲的宇航員阿姆斯特朗首先離開登月艙踏上月球表面,在月球上留下了人類第一個腳印,隨后踏上月面的是另一位宇航員39歲的奧爾德林,宇航員柯林斯則駕駛指揮艙繼續(xù)沿環(huán)月球軌道飛行。

1969年11月14日,“阿波羅十二號”飛船進行第二次載人登月飛行,飛船準確降落在風暴海。

1970年4月11日,“阿波羅十三號”飛船進行第三次載人登月飛行。由于在飛往月球途中,飛船服務艙的液氧貯箱爆炸,導致飛行失敗。宇航員駕駛飛船繞過月球返回地球軌道,并安全回到地球。

1971年1月31日,“阿波羅十四號”飛船進行第四次載人登月飛行。飛船在弗拉-摩洛地區(qū)著陸。

1971年7月26日,“阿波羅十五號”飛船進行第五次載人登月飛行。登月地點在亞平寧山附近的哈德利-亞平寧地區(qū),宇航員首次乘坐月球車在月面遨游,用時約6小時。

1972年4月16日,“阿波羅十六號”飛船進行第六次載人登月飛行,登月點在笛卡爾高地。

1972年12月17日,“阿波羅十七號”飛船進行第七次載人登月飛行,這是“阿波羅”計劃最后一次載人登月飛行,登月點在陶拉斯-利特羅地區(qū)。 (全文完)

責任編輯:兆然 ■