國(guó)慶獻(xiàn)禮嫦2奔月

月亮，離我們很遠(yuǎn)；但是，我們離月亮已越來(lái)越近。2010年10月1日18時(shí)59分57秒，搭載著嫦娥2號(hào)衛(wèi)星的長(zhǎng)征3號(hào)丙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射。

嫦娥2號(hào)原本是嫦娥1號(hào)的備用星，在嫦娥1號(hào)圓滿完成任務(wù)之后，嫦娥2號(hào)的主要任務(wù)就轉(zhuǎn)變?yōu)樘骀隙?號(hào)踩點(diǎn)。嫦娥2號(hào)完全“中國(guó)造”。據(jù)有關(guān)報(bào)道顯示，哈爾濱為嫦娥2號(hào)提供了膠黏劑、鋁合金筋骨以及支撐天線的展開臂等科研成果：衛(wèi)星“骨架”與潤(rùn)滑油多為“重慶造”：河北主要貢獻(xiàn)了測(cè)控、可視化、制氫設(shè)備的相關(guān)技術(shù)與配套零部件和電路板；關(guān)鍵部位的配套軸承，則來(lái)自河南。

嫦娥2號(hào)衛(wèi)星質(zhì)量為2480千克，其中燃料質(zhì)量約1300千克，7種科學(xué)探測(cè)設(shè)備重約140千克。發(fā)射嫦娥2號(hào)的長(zhǎng)征3號(hào)丙運(yùn)載火箭全長(zhǎng)54.84米，起飛質(zhì)量345噸，運(yùn)載能力為3.8噸，嫦娥2號(hào)發(fā)射將是長(zhǎng)征系列火箭的第131次飛行，2010年中國(guó)第10次航天發(fā)射。相比嫦娥1號(hào)先發(fā)射到地球附近的調(diào)相過(guò)渡軌道，再經(jīng)過(guò)多次調(diào)整進(jìn)入奔月軌道，嫦娥2號(hào)取消了調(diào)相軌道飛行，改為直接進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道。由于采用了不同的軌道設(shè)計(jì)，嫦娥2號(hào)用5天即可到達(dá)月球，將嫦娥1號(hào)近14天的奔月時(shí)間大大縮短。

嫦娥2號(hào)衛(wèi)星在奔月途中，將視情況進(jìn)行2-3次軌道修正，以保證與月球準(zhǔn)確交會(huì)。相比嫦娥1號(hào)在200千米處的近月捕獲，嫦娥2號(hào)實(shí)施近月捕獲時(shí)飛行速度更快、軌道更低、制動(dòng)量更大。同時(shí)，月球不均勻重力場(chǎng)對(duì)衛(wèi)星軌道的攝動(dòng)影響也相應(yīng)增大，大大提高了對(duì)衛(wèi)星制動(dòng)控制精度的要求。在嫦娥2號(hào)任務(wù)實(shí)施過(guò)程中，將首次試驗(yàn)低密度校驗(yàn)碼遙測(cè)信道編碼技術(shù)，以提高星地通信能力；首次試驗(yàn)×頻段測(cè)控體制和校差差分單向測(cè)距等技術(shù)，以提高衛(wèi)星測(cè)定軌精度：首次開展紫外敏感器自主導(dǎo)航、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)仍囼?yàn)，為后續(xù)探月及深空探測(cè)任務(wù)積累重要的技術(shù)基礎(chǔ)。我國(guó)新研制的CCD相機(jī)采用多條線陣CCD對(duì)同一目標(biāo)多次曝光的原理，以滿足分辨率提高對(duì)相機(jī)曝光的控制要求，是我國(guó)相關(guān)載荷研制技術(shù)的一個(gè)重要突破。嫦娥2號(hào)的傳輸科學(xué)數(shù)據(jù)的能力已是嫦娥1號(hào)的2倍，從3兆碼(3兆月吵)的速率擴(kuò)展到6兆碼速率。嫦娥2號(hào)還會(huì)試驗(yàn)12兆碼的傳輸能力，這將保證衛(wèi)星獲得的高分辨率數(shù)據(jù)能夠盡快傳到地面。

嫦娥2號(hào)衛(wèi)星隨身攜帶了執(zhí)行探測(cè)任務(wù)的7種儀器裝備：TDI—CCD立體相機(jī)、激光高度計(jì)、×射線譜儀、y射線譜儀、微波探測(cè)器、太陽(yáng)高能粒子探測(cè)器和太陽(yáng)風(fēng)離子探測(cè)器。為嫦娥3號(hào)實(shí)現(xiàn)月球軟著陸進(jìn)行部分關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)，并對(duì)嫦娥3號(hào)著陸區(qū)進(jìn)行高精度成像，獲得更清晰、更詳細(xì)的月球表面影像數(shù)據(jù)和月球極區(qū)表面數(shù)據(jù)，因此這次搭載的CCD照相機(jī)的分辨率將更高。

由于月球上既有數(shù)千米的高山，也有幾千米的深谷，光用CCD立體相機(jī)還不能精確測(cè)量出高山和深谷的高度、深度，需要激光高度計(jì)助力。激光高度計(jì)相當(dāng)于激光雷達(dá)，可以打一束激光到月球表面，并接受反射光。這樣，通過(guò)計(jì)算激光返回時(shí)間，就可以獲得衛(wèi)星離月球表面的距離。嫦娥2號(hào)上的激光高度計(jì)經(jīng)過(guò)改進(jìn)，探測(cè)頻度由嫦娥1號(hào)的1秒鐘采一個(gè)點(diǎn)，增加到1秒鐘采5個(gè)點(diǎn)，相當(dāng)于衛(wèi)星繞月球每飛300米就有一個(gè)探測(cè)點(diǎn)，密度增加了5倍。利用TDI—CCD立體相機(jī)可獲取分辨率更高的月球表面三維影像，結(jié)合激光高度計(jì)獲取的月表地形高程數(shù)據(jù)，可獲取月球表面高精度地形數(shù)據(jù)，為后續(xù)著陸區(qū)優(yōu)選提供依據(jù)。同時(shí)，也為劃分月球表面的地貌單元精細(xì)結(jié)構(gòu)、斷裂和環(huán)形構(gòu)造，提供原始資料。y射線譜儀主要通過(guò)測(cè)量月表物質(zhì)的y射線，探測(cè)有用元素的含量和分布，該儀器已于10月4日開機(jī)，完成了y射線宇宙彌漫背景數(shù)據(jù)的獲取。×射線譜儀的功能是通過(guò)測(cè)量月表物質(zhì)的熒光×射線譜，獲得月球表面有用元素的含量和分布。微波探測(cè)儀主要用于測(cè)量不同深度的月球土壤微波輻射亮溫，進(jìn)而反演出月壤厚度的信息。太陽(yáng)高能粒子探測(cè)器主要通過(guò)對(duì)來(lái)自太陽(yáng)的帶電粒子通量的分析，獲得地月空間環(huán)境的科學(xué)數(shù)據(jù)。太陽(yáng)風(fēng)離子探測(cè)器主要探測(cè)原始太陽(yáng)風(fēng)離子能譜等反映地月空間環(huán)境的重要數(shù)據(jù)。

一方面，嫦娥2號(hào)運(yùn)行和探測(cè)獲得的大量科學(xué)數(shù)據(jù)傳輸，將對(duì)地面應(yīng)用系統(tǒng)形成考驗(yàn)；另一方面，由于嫦娥2號(hào)需要執(zhí)行科學(xué)任務(wù)，有時(shí)候需要變換姿勢(shì)，因此，測(cè)控系統(tǒng)需要時(shí)刻關(guān)注衛(wèi)星狀態(tài)，并在必要時(shí)修正姿態(tài)，保持正常軌道。此外，嫦娥1號(hào)衛(wèi)星攜帶的CCD相機(jī)為自主完成成像，圖像分辨率較低：而嫦娥2號(hào)任務(wù)為滿足月球虹灣地區(qū)高分辨率成像需求，需要地面利用軌道預(yù)報(bào)生成CCD相機(jī)相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，并注入衛(wèi)星才能完成成像。降軌探測(cè)，將在距月球15千米處拍攝嫦娥3號(hào)落月備選著陸區(qū)。

嫦娥2號(hào)配合運(yùn)載火箭驗(yàn)證地月轉(zhuǎn)移軌道直接發(fā)射技術(shù)：驗(yàn)證距月面100千米近月制動(dòng)的月球軌道捕獲技術(shù)；驗(yàn)證100千米×15千米軌道機(jī)動(dòng)與飛行技術(shù)等。(探測(cè)使命)獲取更高精度月球表面三維影像；探測(cè)月球物質(zhì)成分；探測(cè)月壤特性，探測(cè)地月與近月空間環(huán)境等。

嫦娥2號(hào)衛(wèi)星在100千米的環(huán)月圓軌道上調(diào)整并運(yùn)行一段時(shí)間，將在月球背面自主降軌，進(jìn)入一個(gè)近月點(diǎn)15千米、遠(yuǎn)月點(diǎn)100千米的橢圓軌道，然后順軌道飛到月球正面的虹灣上空15千米處。衛(wèi)星上搭載的新研制的TDI—CCD立體相機(jī)將對(duì)這片地區(qū)進(jìn)行優(yōu)于1.5米分辨率的成像，勘察地形地貌。嫦娥3號(hào)探測(cè)器的月球備選著陸區(qū)虹灣位于月球的正面，而嫦娥2號(hào)衛(wèi)星要想在最近點(diǎn)接近虹灣，就必須在其反方向降軌，位置恰恰在月球的背面。當(dāng)衛(wèi)星飛經(jīng)月球表面高約6～7千米的山峰時(shí)，兩者最小間距可縮短為8～9千米，可謂是一次最親密的接觸。而離月球越近，衛(wèi)星經(jīng)受的熱度越高，這對(duì)衛(wèi)星的熱控設(shè)計(jì)也是一個(gè)考驗(yàn)。可以預(yù)見(jiàn)的是，嫦娥2號(hào)的科學(xué)探測(cè)結(jié)果，將非常值得期待。

2004年初，我國(guó)政府正式宣布啟動(dòng)繞月探測(cè)一期工程，并命名為“嫦娥工程”。月球探測(cè)衛(wèi)星是整個(gè)月球探測(cè)工程中的重中之重。就像其他國(guó)家都為自己的月球探測(cè)工程取一個(gè)名字一樣，中國(guó)的月球探測(cè)工程取了一個(gè)非常浪漫的名字，叫“嫦娥工程”。

實(shí)施“嫦娥工程”，將為人類開發(fā)利用月球資源做準(zhǔn)備。人類已取得的月球探測(cè)成果表明，月球上特有的礦產(chǎn)和能源，是對(duì)地球資源的重要補(bǔ)充和儲(chǔ)備。比如，月球上大量存在的氦－3，據(jù)初步估算，月球上蘊(yùn)藏的氦－3可供人類使用1萬(wàn)年以上。目前的核聚變研究主要以氘和氚為原料，但因氚容易污染環(huán)境，也會(huì)對(duì)人體健康造成影響，而氦－3是氦的同位素，能在核聚變反應(yīng)中釋放巨大能量，而且?guī)缀醪划a(chǎn)生放射性污染，被認(rèn)為是21世紀(jì)人類社會(huì)完美的能源原料。另外，由于月球上太陽(yáng)輻射強(qiáng)，每年可產(chǎn)生12億千瓦的能量，因此，在月球建立太陽(yáng)能發(fā)電站也可能成為人類獲取新能源的途徑之一。

嫦娥工程的國(guó)際環(huán)境

俄羅斯的月球探測(cè)步驟以“月球－2”探測(cè)器為標(biāo)志，進(jìn)行月球表面硬著陸，直接命中月球。在接近月球過(guò)程中，發(fā)回圖像并試驗(yàn)月球表面的堅(jiān)實(shí)程度，為軟著陸做準(zhǔn)備。“月球－3”探測(cè)器則沿拋物線或雙曲線規(guī)定從月球近旁飛過(guò)，對(duì)月球攝像，獲取地形地貌信息，并探測(cè)近月空間環(huán)境。而“月球－9“探測(cè)器則從近月軌道進(jìn)行制動(dòng)，利用反推火箭減速，最后探測(cè)器平穩(wěn)降落在月球表面，試驗(yàn)月球表面的承受能力，拍攝高分辨率照片，并進(jìn)行月震、月壤成分、月球磁場(chǎng)等測(cè)定?！霸虑颍?0”探測(cè)器則環(huán)繞月球飛行，對(duì)月球照相，探測(cè)近月空間環(huán)境等。“月球－16”探測(cè)器在月球軟著陸后取樣并返回地球。“月球－17”探測(cè)器在月球上軟著陸后，釋放月球車，對(duì)月球進(jìn)行攝影、月壤分析等自動(dòng)巡視探測(cè)工作。另外，俄羅斯利用“探測(cè)器一5、6”飛越月球并返回，主要目的是試驗(yàn)從月球到地球返回技術(shù)，為載人登月進(jìn)行技術(shù)試驗(yàn)。

美國(guó)的月球探測(cè)步驟發(fā)射“先驅(qū)者”探測(cè)器，在月球近旁飛越。發(fā)射“徘徊者”探測(cè)器，在月球表面硬著陸。發(fā)射“堪測(cè)者”探測(cè)器，在月球表面軟著陸。發(fā)射月球衛(wèi)星，對(duì)月球照相，為載人登月選擇地址。發(fā)射不載人和載人飛船，試驗(yàn)載人登月和返回技術(shù)，實(shí)旌載人登月。美國(guó)于1994年以來(lái)，發(fā)射月球衛(wèi)星，對(duì)月球資源和能源進(jìn)行更為詳細(xì)的探查，為重返月球，進(jìn)行月球資源和能源的開發(fā)利用以及建立月球基地做準(zhǔn)備。

可以看出，盡管俄羅斯和美國(guó)在月球探測(cè)步驟上有所不同，但都是由易到難，逐步深入，分步實(shí)施。

嫦娥工程“三步走”

中國(guó)的月球探測(cè)活動(dòng)是在基本掌握了地球軌道航天器研制、發(fā)射和運(yùn)行控制技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)施的，比俄羅斯和美國(guó)早期月球探測(cè)具備了更堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)綜合分析國(guó)際上月球探測(cè)已取得的成果，以及世界各國(guó)“重返月球”的戰(zhàn)略目標(biāo)和實(shí)施計(jì)劃，考慮到我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平、綜合國(guó)力和國(guó)家整體發(fā)展戰(zhàn)略，有關(guān)方面確定了“嫦娥工程”將分為“繞、落、回”三步走的發(fā)展目標(biāo)。

第一步：實(shí)現(xiàn)繞月飛行。研制“嫦娥1號(hào)”月球探測(cè)衛(wèi)星，在2007年實(shí)現(xiàn)圍繞月球飛行，開展對(duì)月球的探測(cè)活動(dòng)。這些探測(cè)活動(dòng)包括看看月球究竟長(zhǎng)得什么樣，為月球畫像，分析月球上的土與地球土有什么不一樣的地方，化驗(yàn)各種成分的含量，測(cè)量月球的環(huán)境究竟是怎么樣的，為以后探測(cè)器著陸選擇著陸地點(diǎn)，等等。通過(guò)“嫦娥1號(hào)”月球探測(cè)衛(wèi)星的發(fā)射，我國(guó)突破了從地球到月球38萬(wàn)千米的遙遠(yuǎn)路途上，月球衛(wèi)星怎樣飛，到達(dá)月球后，衛(wèi)星怎樣按照地面技術(shù)人員的指揮在軌道上飛行和工作，怎樣對(duì)付月球上300多度溫差等月球探測(cè)的基本技術(shù)，為后續(xù)任務(wù)的開展掃清障礙。

第二步：探測(cè)器在月面上降落。預(yù)計(jì)在201 2年前后，我國(guó)將發(fā)射一顆月球軟著陸器，對(duì)月球進(jìn)行實(shí)地探測(cè)。這個(gè)探測(cè)器還將攜帶一臺(tái)月球車，進(jìn)行首次月球軟著陸，用月球車對(duì)月球表面進(jìn)行自動(dòng)勘察。到那個(gè)時(shí)候，我國(guó)的月球車將緩緩地行進(jìn)在月球凹凸不平的山谷和廣闊的平原上，車上的照相機(jī)和其他各種探測(cè)裝置都將睜大眼睛，把所到之處看到和感受到的地形、地貌、環(huán)境、溫度等信息傳回到地球的數(shù)據(jù)接收站。自動(dòng)機(jī)器人也將伸出長(zhǎng)長(zhǎng)的手臂采集月壤和月球巖石進(jìn)行化學(xué)成分、礦物組成分析，還將安裝月震儀、探月雷達(dá)，探測(cè)月球身體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，去看看月球的五臟六腑。著陸器上還將設(shè)置一系列天文儀器，開展月球天文觀測(cè)。這些工作除了可以供地面科學(xué)家進(jìn)行月球有關(guān)科學(xué)的研究外，還將為以后的月球基地建設(shè)提供數(shù)據(jù)。

第三步：探測(cè)器進(jìn)行月面巡視勘察與采樣返回。大概在2017年前后，我國(guó)發(fā)射的月球著陸器將再次在月面上實(shí)現(xiàn)軟著陸，進(jìn)行近距離考察，并獲取月面的樣品。著陸器的艙門打開后，新型月球車將從艙內(nèi)緩緩駛出，分辨率更高的相機(jī)將對(duì)月球拍照。這臺(tái)著陸器還將把一臺(tái)月球表面鉆巖機(jī)送到月球上。隨著月表鉆巖機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所鉆下來(lái)的月球內(nèi)部的巖石粉末將被放到標(biāo)本收集器里，靈活的機(jī)器人也將不停地伸出手臂，撿起月面的石頭，放到標(biāo)本收集器里。新型月球車完成了在月球表面上的探測(cè)和采集樣品工作后，把采集到的標(biāo)本放進(jìn)返回艙，返回艙將在地面的控制下返回地球。通過(guò)這樣一段時(shí)間的工作，除了采集了極有價(jià)值的樣品、標(biāo)本供科學(xué)家研究外，也為我國(guó)月球探測(cè)的下一步目標(biāo)，即載人登月探測(cè)、建立月球前哨站乃至建設(shè)月球基地的選址提供數(shù)據(jù)。

“三步走”的計(jì)劃完成后，在對(duì)月球的了解進(jìn)一步加深的同時(shí)，我國(guó)將根據(jù)國(guó)際上的月球探測(cè)發(fā)展情況和國(guó)情國(guó)力，制定新的月球探測(cè)計(jì)劃，在這個(gè)計(jì)劃中，也許將包括中國(guó)宇航員登上月球進(jìn)行科學(xué)考察和建立月球基地的計(jì)劃，也許還將啟動(dòng)月球旅游的計(jì)劃呢!

總之，“嫦娥工程”的開展，既是對(duì)我國(guó)航天技術(shù)發(fā)展的一次檢驗(yàn)，更是中國(guó)航天技術(shù)的大提升。中國(guó)航天完全有能力在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，通過(guò)持續(xù)不斷的技術(shù)創(chuàng)新和開拓，實(shí)現(xiàn)“嫦娥奔月”的夢(mèng)想，使中國(guó)步入世界上月球國(guó)家的行列，實(shí)現(xiàn)深空探測(cè)的“零”突破。

月球探測(cè)的意義

深空探測(cè)是一個(gè)重要的航天領(lǐng)域，月球探測(cè)是深空探測(cè)的首選目標(biāo)。科學(xué)家認(rèn)為，月球環(huán)境是人類的寶貴財(cái)富。筒言之，人類在21世紀(jì)之初再度探月，主要擔(dān)負(fù)了三個(gè)任務(wù)。首先，月球到底從何而來(lái)?其次，怎樣開發(fā)利用月球上豐富的資源?第三，研究探索人類在月球上居住和生活的可能性。通過(guò)利用月面上沒(méi)有被人為改造和破壞的某些本來(lái)面目，研究月球，了解月球的成因、演變和構(gòu)造等諸方面的信息，有助于了解地球的遠(yuǎn)古狀態(tài)、太陽(yáng)系乃至整個(gè)宇宙的起源和演變，有助于搞清空間現(xiàn)象和地球自然現(xiàn)象之間的關(guān)系，可以極大地豐富人類對(duì)地球、太陽(yáng)系以至整個(gè)宇宙起源和演變及其特性的認(rèn)識(shí)，從中尋求有關(guān)地球上生命起源和進(jìn)化的線索。

另外，月球還是一個(gè)待開發(fā)的旅游勝地。現(xiàn)在人們已經(jīng)可以到國(guó)際空間站上去旅游了，也可以乘坐亞軌道飛行器體驗(yàn)失重的滋昧。雖然價(jià)格很貴，2000萬(wàn)美元到太空玩一趟，不是一般人所能承受得了的，但也吸引了眾多富翁躍躍欲試。到月球去旅游，將會(huì)是一個(gè)更加吸引人的項(xiàng)目。據(jù)估計(jì)，假如世界上有1％的具有支付能力的富翁想到月球去旅行，那么，整個(gè)市場(chǎng)將會(huì)是1680億美元。假如每年送500名旅游者到月球旅行，則要16年的時(shí)間才能滿足8000人的需求。在這個(gè)巨大但十分遙遠(yuǎn)的市場(chǎng)出現(xiàn)之前，必須以搞清楚月球的奧秘、宇航員重返月球和月球前哨基地的建立作為一個(gè)開端。不久的將來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新一輪月球探測(cè)高潮的興起和月球科學(xué)研究的深入，開發(fā)利用月球資源，促進(jìn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展的日子終將來(lái)到。