自殺式探月

撞月，重點不在撞，而在過程中發(fā)現(xiàn)了什么。就像NBA的灌籃比賽，扣進籃筐不是重點，之前的花哨動作才是關(guān)鍵。在赫魯曉夫看來，運載火箭之父科羅廖夫提出的“撞月方案”無疑是打擊美國人的“上等貨”。當(dāng)時，赫魯曉夫正與美國總統(tǒng)艾森豪威爾進行最高級會談，他迫切需要一件宣傳利器。于是，蘇聯(lián)適時地向月球發(fā)射了探測器“月球2 號”。

撞月先驅(qū)

1959 年9 月12 日，攜帶著兩枚標(biāo)有蘇聯(lián)國徽裝飾物的“月球2 號”對準(zhǔn)月球的方向，一路狂奔——它抵達月球需要30 多個小時。其間，在科羅廖夫的安排下，莫斯科還不斷向位于曼徹斯特的焦德雷爾班克觀測站發(fā)送著關(guān)于“月球2 號”的詳實數(shù)據(jù)，以方便觀測站的主任，享有卓越聲譽的伯納德#8226; 洛弗爾男爵（Bernard Lovell）能夠不停地對它進行跟蹤。蘇聯(lián)人的目的，是希望這次行動的成就最好能夠由西方人自己發(fā)布，以放大它的效果。

不久，“月球2 號”進入月球重力場，加速。這顆390 千克的探測器以每秒3.3 千米的速度撞擊在月球上的奧托利克環(huán)形山附近，第一個人造物體落在月面，發(fā)射器信號停止。

“月球2 號”成功殉月，并完成探測任務(wù)。它發(fā)現(xiàn)月球沒有磁場，月球周圍沒有像范艾倫帶一樣的輻射帶。不過，大多數(shù)媒體在報道中都忽略了它的發(fā)現(xiàn)——顯然，“撞月”的行為更能引起他們的興趣，盡管“撞月”在當(dāng)時并不具有科學(xué)意義。

還是在太空競賽中，美國人最終超過了蘇聯(lián)人?！霸虑? 號”探測器在撞向月球的時候，并沒有能拍下月面的圖片，而這一任務(wù)，由1964 年美國發(fā)射的“徘徊者4 號”探測器完成。在高速撞向月球的過程中，“徘徊者4 號”攜帶的電視攝像機不斷地進行拍攝，以獲得高分辨率的月面圖像，最后幾分鐘里發(fā)回了4316 幅高質(zhì)量的月球畫面，其中，最后一幅畫面是撞擊前0.19 秒，距月面僅426 米高時拍攝的——畫面中人們能清晰地看到密布凹坑的月面。

像“月球2 號”、“徘徊者4 號”這樣直接撞擊月球表面，我們稱之為“硬著陸”。硬著陸和自殺沒什么區(qū)別，撞擊前探測器相對于月面的速度一般都大于2.5 千米/ 秒。硬著陸使人們所能獲得的月球信息非常有限，但這有限的信息卻為后繼的一系列問題提供了答案，起碼我們知道了月面能承受住載人飛船的重量。要知道，曾有著名的天文學(xué)家推測月面上被深厚的塵土覆蓋，宇航員登月是不現(xiàn)實的。

隨后，美國于1966 年8 月10 日發(fā)射了“月球軌道器1 號”，它是首顆圍繞月球運行的探測器，也是首顆受控撞月的探測器，主要任務(wù)是對阿波羅飛船所有可能的著陸場進行拍照，測量月球周圍的流星體通量，并通過對探測器的精確跟蹤來確定月球的引力場。接下來的一段時間，航天技術(shù)不斷進步，自“徘徊者9 號”后，專門用來“硬著陸”的探測器基本消失，用反推火箭控制的“軟著陸”成為主流。直到20 世紀(jì)90 年代，新一輪的“硬著陸”才再次上演——日本“飛天”、美國“月球勘探者號”、歐洲“智慧1 號”、印度“月船1 號”、日本“月亮女神中繼星”、中國“嫦娥1 號”等多臺探測器都選擇了受控撞月。但和以前的撞月不同，它們不再只是傳回圖像，通過圖像加以光譜分析才是重點。

紛至沓來的新撞擊者

月球上到底有沒有水，一直困擾著科學(xué)家。美國在1998 年發(fā)射了“月球勘探者”探測器，它除了負責(zé)探測月球的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、礦藏、磁場以外，其主要使命就是尋找月球南極地區(qū)有水冰存在的證據(jù)。

“月球勘探者”進入環(huán)繞月球的軌道后，利用專門探測水冰的中子譜儀等有效載荷，在環(huán)月軌道上對月球進行遙感探測，隨后在其壽命即將結(jié)束之時撞向月球的“皮鞋匠”彈坑。“皮鞋匠”彈坑是美國人月球撞擊任務(wù)的重要地點，它位于月球永久的陰面，這里有高濃度的氫，可形成水冰。

NASA 相信，當(dāng)重達160 千克的“月球勘探者號”高速撞向“皮鞋匠”彈坑時，釋放的能量很可能撞開一個大坑。如果水冰確實存在于月壤層中，撞擊力將足以使水冰蒸發(fā)或濺射出一團水蒸氣，地面和空間的探測設(shè)備通過觀測水汽云可以判斷是否有水存在。

1999 年7 月31 日，收到地面指揮人員下達的撞擊命令，這個探測器以6115 千米的時速向“皮鞋匠”彈坑猛烈撞擊。這一撞擊能量相當(dāng)于140輛2 噸重的小汽車同時以每小時200 千米的速度相撞所產(chǎn)生的能量?？茖W(xué)家原本估計撞擊將激發(fā)18 千克左右的水蒸氣，供地基和天基望遠鏡觀測，從而得到無可爭議的存在水冰的證據(jù)。遺憾的是，“月球勘探者號”撞擊后卻沒有出現(xiàn)期待中的水汽云。“哈勃空間望遠鏡”和得克薩斯大學(xué)麥克唐納天文臺的地基探測設(shè)備均沒有探測到任何有關(guān)水的信息?！霸虑蚩碧秸咛枴钡摹肮鈽s殉職”沒有換來水蒸氣，這給月球上到底是否存在水的問題繼續(xù)留下了問號。

21 世紀(jì)初，新一輪的探月活動開始。歐洲的“智慧1 號”探測器于2003 年9 月28 日在法屬圭亞那庫魯航天中心發(fā)射升空。在太空中遨游14 個月，它對多項新技術(shù)進行了驗 .，2005 年3 月進入預(yù)定的環(huán)月球軌道，它在環(huán)月軌道上飛行1 年左右時間，并利用攜帶的多色微型相機、月表紅外探測器、X射線成像儀等先進儀器，收集月球地質(zhì)、地貌、礦物和月球環(huán)境數(shù)據(jù)，以幫助科學(xué)家更好地認(rèn)識地月系統(tǒng)。2006 年下半年，在推進器燃料即將耗盡之前，歐洲航天局的地面控制人員對“智慧1 號”進行了多次飛行軌道調(diào)整。

2006 年9 月3 日“智慧1 號”以將近2 千米/ 秒的速度和一定的傾斜角度，撞向預(yù)先選定的月球優(yōu)湖地區(qū)。在接近月面的過程中，“智慧1 號”采用其攜帶的“先進月球成像實驗儀”獲取了高清晰度的三維圖像，還用小型X 射線光譜儀、紅外光譜儀從較低高度對月面區(qū)域進行了詳細的觀測?！爸腔?號”對月球的這一撞擊，產(chǎn)生了一團小閃光，揚起寬約10 千米的月球塵埃帶，持續(xù)時間長達5~10 分鐘，并最終在月面撞出一個直徑約3~10 千米、深1 米的坑。歐洲航天局利用地面設(shè)備對整個過程進行了監(jiān)測。觀察和分析撞擊產(chǎn)生的閃光和濺射的塵埃，可以了解撞擊的物理機制、月面表面性質(zhì)和撞擊過程中探測器的運動方式，這些數(shù)據(jù)對未來的月球探測計劃具有重要的參考價值。2009 年5 月，美國將發(fā)射一顆名為“月球軌道探測器”的探月衛(wèi)星，為了進一步尋找月球極地存在的水，它將會釋放一個子衛(wèi)星撞擊月球極地，激起塵埃云，母衛(wèi)星則在飛越塵埃云時收集數(shù)據(jù)并傳回地球。

如此一來，通過撞擊月球獲得月面及月面以下物質(zhì)的光譜已經(jīng)成為主流做法。但中國的“嫦娥1號”是個例外。據(jù)探月工程相關(guān)專家介紹，“嫦娥1號”撞月更多是為了給探月工程二期“月面軟著陸探測與自動巡視勘察”提供數(shù)據(jù)和經(jīng)驗支持—— 軟著陸階段要攻克的著陸軌道設(shè)計與制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制等技術(shù)。2008 年12 月19 日，“嫦娥1 號”就在地面控制下進行了軌道機動演練，軌道高度從100 千米降低到17 千米，然后又提升回100 千米。經(jīng)過軌道機動演練，嫦娥已具備了精確定點撞月的能力。最終，“嫦娥1 號”落在月球東經(jīng)52.36 度、南緯1.50 度的豐富海區(qū)域。這里距前蘇聯(lián)上世紀(jì)70年代發(fā)射的月球探測器“月球16 號”和“月球20 號”的著陸點不遠。

撞月實不易

簡單說來，衛(wèi)星撞月就是一個“停車”的過程。實際操作起來，異常繁雜。在衛(wèi)星繞月過程中，衛(wèi)星像陀螺一般，這個時候就需要調(diào)姿，調(diào)姿發(fā)動機啟動，向衛(wèi)星運動的反方向噴氣，衛(wèi)星就會下降高度。當(dāng)高度下降到一定程度，軌道就會與月面相交，交點就是理論撞擊點。這就和我們停車一樣，在停車入位之前，得不停地打方向盤和踩剎車才能準(zhǔn)確停住，而停車位就是撞月的理論撞擊點。

另外，月球質(zhì)量分布不均勻，繞月衛(wèi)星的軌道也不是平滑的，有起有伏。這樣，繞月衛(wèi)星更是得不斷調(diào)姿。比如我們的“嫦娥1 號”，它的環(huán)月飛行軌道每年將下降100 千米，如此一來，就得通過調(diào)姿，再次將衛(wèi)星穩(wěn)定在距離月面200 千米左右的地方。

除此以外，遙測技術(shù)也是一個難點。飛往月球的探測器要與地面聯(lián)系，受地面控制，同時反饋回信息。地球大約24 小時自轉(zhuǎn)一圈，同時月亮27 天左右繞地球公轉(zhuǎn)一周。美國在全球建了3 座測控站，在本土的加州、澳大利亞的堪培拉和西班牙的馬德里，每隔120 度建一座，總有一個站能觀測到，此外它還有數(shù)座直徑數(shù)十米的接收天線，已經(jīng)具有了探測太陽系的能力。而我們國家的國土資源所覆蓋的時區(qū)有限，當(dāng)我國國土所在的那部分地球表面轉(zhuǎn)到背向月球的方向，就無法觀測到探測器。

繞月探測工程測控系統(tǒng)副總指揮董光亮指出，“嫦娥1 號”是我國首次實施準(zhǔn)深空探測，而我們目前尚沒有獨立的深空探測網(wǎng)，利用現(xiàn)有的陸基、?；l(wèi)星測控網(wǎng)和載人航天測控網(wǎng)進行測控，關(guān)鍵弧段測控覆蓋率達不到技術(shù)要求。因此，還用到了國外的四個測控站。