“嫦娥”撞月

減速、俯沖、撞擊……2009年3月1日16時(shí)13分10秒，在北京航天飛行控制中心的精確控制下，“嫦娥”一號(hào)衛(wèi)星準(zhǔn)確落于月球東經(jīng)52.36度、南緯1.50度的預(yù)定撞擊點(diǎn)。至此，在經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)494天的飛行后，靜謐、遙遠(yuǎn)的月球終于成了中國(guó)首個(gè)“月球使者”的最后歸宿。

撞月，有意為之

2007年10月24日，“嫦娥”一號(hào)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空，開(kāi)始了“奔月”之旅。2007年11月7日進(jìn)入200千米的環(huán)月工作軌道。在累計(jì)494天的飛行中，環(huán)月飛行了482天；其間經(jīng)歷了3次月食，5次正/側(cè)飛姿態(tài)轉(zhuǎn)換，共傳回1.37TB的有效科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)，不僅完成了全月球影像圖，月球表面多種元素分布、月表內(nèi)層土壤厚薄分布、月球環(huán)境探測(cè)等一系列預(yù)定的科學(xué)研究目標(biāo)，而且還額外收獲了一項(xiàng)重要成果——分析出了月球重力場(chǎng)的分布。為我國(guó)月球探測(cè)后續(xù)工程和深空探測(cè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

至2008年10月，在完成了一年的探測(cè)任務(wù)后，“嫦娥”一號(hào)的狀態(tài)依然良好。為了給我國(guó)探月工程二期的軟著陸積累經(jīng)驗(yàn)，減少實(shí)施時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，中國(guó)探月工程領(lǐng)導(dǎo)小組決定，充分利用“嫦娥”一號(hào)這一寶貴的在軌資源，按照“軌道從高到低，風(fēng)險(xiǎn)從小到大”的原則，開(kāi)展衛(wèi)星變軌能力、軌道測(cè)定能力等10余項(xiàng)驗(yàn)證、試驗(yàn)。于是，從2008年11月8日開(kāi)始，“嫦娥”一號(hào)衛(wèi)星的繞月軌道由200千米圓軌道降到100千米圓軌道，繼而降到遠(yuǎn)月點(diǎn)100千米、近月點(diǎn)15千米的橢圓軌道，以后再升回到100千米圓軌道。最后，準(zhǔn)確落于預(yù)定的撞擊點(diǎn)。在撞擊過(guò)程中，“嫦娥”一號(hào)衛(wèi)星攜帶的CCD相機(jī)傳回了清晰的實(shí)時(shí)圖像。

近年來(lái)，在“嫦娥”一號(hào)受控撞月之前，美國(guó)、歐洲和印度分別利用各自的衛(wèi)星或者探測(cè)器完成了一次撞月。從撞擊月球的飛行器重量上來(lái)看，“嫦娥”一號(hào)是其中最重的一個(gè)。她除去燃料的重量就已經(jīng)達(dá)到1.15噸，而前幾個(gè)撞月探測(cè)器的重量都沒(méi)有超過(guò)1噸，因此嫦娥一號(hào)撞出的坑很有可能是目前撞出的坑中最大的。

撞月，精心策劃

你可能會(huì)為美麗的“嫦娥”一號(hào)粉身碎骨而感到惋惜。對(duì)此，專(zhuān)家解釋說(shuō)，對(duì)一個(gè)壽命即將到期的衛(wèi)星，與其自然墜落，不如由地面控制讓它撞擊月球。除了能為軟著陸積累經(jīng)驗(yàn)，還可通過(guò)對(duì)撞擊時(shí)激起的揚(yáng)塵的分析，進(jìn)一步了解月球表面土壤的成分。而且，通過(guò)這一撞擊，讓月球表面第一次留下了中國(guó)的痕跡，使我國(guó)成為少數(shù)幾個(gè)利用探測(cè)器或衛(wèi)星撞擊過(guò)月球的國(guó)家。

“嫦娥”一號(hào)撞月的時(shí)間精確到秒。那么，為何選擇在這個(gè)時(shí)候撞月呢？專(zhuān)家指出，時(shí)間的選擇和多個(gè)因素有關(guān)。首先，“嫦娥”一號(hào)的設(shè)計(jì)壽命為一年，現(xiàn)在已經(jīng)超期服役將近200天，它所剩的燃料已經(jīng)比較少了，一旦燃料耗盡，就不可能實(shí)現(xiàn)受控撞月而只能任其墜落了。其次，為了更好地觀測(cè)撞月的效果，必須讓繞月衛(wèi)星在地面控制和觀測(cè)效果都比較好的時(shí)段實(shí)施撞月。

同樣，預(yù)定撞擊點(diǎn)的選擇也要考慮幾方面的因素。首先，這個(gè)地點(diǎn)必須容易被地面觀測(cè)到，現(xiàn)在的撞擊點(diǎn)在月球的赤道附近，而且是面對(duì)地球的一面，非常有利于地面觀測(cè)。此外，這個(gè)地點(diǎn)很可能處于探月工程二期的探測(cè)器軟著陸區(qū)域，現(xiàn)在的撞擊可以讓地面觀察到這個(gè)地點(diǎn)的一些情況。

“嫦娥”一號(hào)撞擊月球時(shí)的速度大約是每秒1.68千米。如果撞擊點(diǎn)是很厚的浮塵，就有可能擊出一個(gè)大坑，如果是堅(jiān)硬的巖石，則擊出的坑就比較小。除了衛(wèi)星自帶的CCD相機(jī)可以實(shí)時(shí)傳回清晰的圖像，地面的高分辨率天文望遠(yuǎn)鏡、地面雷達(dá)、以及繞地運(yùn)行的衛(wèi)星均有可能觀測(cè)到本次撞月的實(shí)況。利用地面的科學(xué)儀器，通過(guò)觀測(cè)和光譜分析，可以得到撞擊揚(yáng)起的灰塵的化學(xué)成分。

撞月，由來(lái)已久

1959年，一艘飛船脫離原來(lái)的繞月軌道，一頭撞向了月球上“安寧?！备浇谋砻妗ｏw船摔成了碎片，但卻成功完成了任務(wù)。這艘由蘇聯(lián)發(fā)射的“月球2號(hào)”飛船成為首個(gè)在月球上“著陸”的人造物體。它開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)探月史上的新篇章：受控撞月。至今，已有幾十個(gè)飛船這樣做了。當(dāng)時(shí)，很多人不明白，為什么要撞月？撞月的科技含量究竟有多高？

美國(guó)航天局的“徘徊者”號(hào)系列飛船，是上個(gè)世紀(jì)60年代初建造和發(fā)射的。這些汽車(chē)大小的飛船5次沖向月球，攜帶的照相機(jī)一路“咔嚓、咔嚓”響個(gè)不停。它們先是抓拍了環(huán)形山的詳細(xì)外貌，然后是巖石和土壤，再后來(lái)則是一片空白。有關(guān)月球表面的寶貴數(shù)據(jù)就這樣傳回了地球，成為后來(lái)“阿波羅”號(hào)成功完成登月任務(wù)的關(guān)鍵所在。

即使在掌握了“軟著陸”技術(shù)之后，撞月行動(dòng)仍在繼續(xù)。僅60年代末70年代初，發(fā)射“阿波羅”號(hào)飛船的大型“土星”火箭的助推器，就一次又一次地撞擊了月球，震動(dòng)月球表面，以便“阿波羅”號(hào)飛船進(jìn)行詳盡觀測(cè)。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，撞月比繞月飛行容易得多。因?yàn)樵虑虻牟痪獾囊?chǎng)會(huì)以奇怪的方式拖著衛(wèi)星，如果不經(jīng)常更改路線，衛(wèi)星往往會(huì)撞向月球表面。因此，月球幾乎成了舊式飛船的墓地：截至1999年，美國(guó)的5個(gè)“徘徊者”號(hào)、蘇聯(lián)的4個(gè)“月球”號(hào)、美國(guó)的2個(gè)“阿波羅”號(hào)、日本的“飛天”號(hào)和美國(guó)的“月球勘探者”號(hào)都最終“葬身”于它們自己擊出的凹坑里。

撞月，為了找水

人類(lèi)正在重返月球。當(dāng)宇航員抵達(dá)那里時(shí)，他們需要水。水可以分解成火箭燃料所需要的氫和供呼吸用的氧氣。水可以與月球塵埃混合，產(chǎn)生重要的建筑材料水泥。水是優(yōu)異的防輻射物質(zhì)，能保護(hù)想在月球生存的所有生命。當(dāng)你口渴時(shí)，你可以喝它。解決月球上用水的一個(gè)選擇方案，是把水直接從地球運(yùn)上去，但代價(jià)太大了。另一個(gè)更好的建議，是直接從月表土壤里提取水。1999年，美國(guó)的“月球勘探者”號(hào)撞擊了月球南極附近的“舒梅克”環(huán)形山，其目的就是希望能夠找到水，但是沒(méi)有找到。

科學(xué)家認(rèn)為，月球上一些永久處于背面的環(huán)形山里很可能有冰，為此，他們制訂了一個(gè)大膽的計(jì)劃：連續(xù)兩次撞擊其中的一個(gè)環(huán)形山；激起碎石，分析沖擊波，以尋找水的痕跡。為此，美國(guó)將在發(fā)射“月球隕坑觀測(cè)和探測(cè)衛(wèi)星”以及“月球勘測(cè)軌道飛行器”。它們將使用同一個(gè)火箭助推器，發(fā)射升空后再分離，各自前往月球。其中“月球勘測(cè)軌道飛行器”是較大的飛船，將繞軌道運(yùn)行，執(zhí)行自己的偵察任務(wù)。而“月球隕坑觀測(cè)和探測(cè)衛(wèi)星”則將撞擊月球。

撞月，前赴后繼

“月球隕坑觀測(cè)和探測(cè)衛(wèi)星”是一艘雙機(jī)飛船，它包括一個(gè)小型的智能運(yùn)載飛船和一個(gè)沒(méi)那么智能的大型火箭助推器。其中運(yùn)載飛船叫“領(lǐng)頭船”，因?yàn)樗鼘⒁I(lǐng)著助推器前往月球。它們一起飛往月球，但各自撞擊。

按計(jì)劃，助推器先撞。撞擊將產(chǎn)生一個(gè)20米寬的大坑，揚(yáng)起高達(dá)40千米的塵埃。“領(lǐng)頭船”將拍下這次撞擊的全過(guò)程，然后穿過(guò)塵埃。船上的光譜儀可對(duì)塵埃進(jìn)行詳盡分析，尋找水、鹽、泥土、含水礦物質(zhì)以及混合有機(jī)分子等的痕跡?？茖W(xué)家相信，如果那里有水，或者有其他有趣的東西，都會(huì)被發(fā)現(xiàn)的。

然后，“領(lǐng)頭船”將開(kāi)始它自己的深度撞擊。像舊式的“徘徊者”號(hào)飛船一樣，它將朝月球表面俯沖下去，照相機(jī)一路跟拍。從一開(kāi)始到它粉身碎骨前10秒鐘的所有照片傳回地球之后，任務(wù)控制員將興奮地看到由助推器第一次撞擊造成的大坑，他們有足夠的控制力，使“領(lǐng)頭船”在助推器撞擊點(diǎn)周?chē)?00米范圍內(nèi)著陸。由于“領(lǐng)頭船”比助推器輕三分之一，因此它的撞擊力將相對(duì)較小。不過(guò)，“領(lǐng)頭船”將制造自己的凹坑和氣流，并與助推器造成的氣流融為一體。除了“月球勘測(cè)軌道飛行器”將對(duì)“兩次撞擊”進(jìn)行全程監(jiān)督、觀測(cè)，科學(xué)家們還希望，能從地球上看到融合的氣流，從而使人們?cè)凇邦I(lǐng)頭船”撞毀之后還能繼續(xù)進(jìn)行觀測(cè)。