中國航天60周年（四）：嫦娥工程揭奧秘

中國航天60周年（四）：嫦娥工程揭奧秘

深空探測能夠幫助人類研究太陽系及宇宙的起源、演變和現(xiàn)狀，認(rèn)識空間現(xiàn)象和地球自然系統(tǒng)之間的關(guān)系，并為人類今后開拓更為廣闊的疆域打下基礎(chǔ)，是了解地球、太陽系和宇宙，進(jìn)而考察、勘探和駐留在太陽系內(nèi)其他天體的第一步。

我國的深空探測是從月球探測開始的，這是因為月球是離地球最近的一個星球，又蘊(yùn)含著豐富的資源和能源，所以從技術(shù)性、科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性等方面來看，在深空探測領(lǐng)域先探測月球是符合科學(xué)規(guī)律的。

1　早期準(zhǔn)備

因為探測月球有重大的技術(shù)、政治、科學(xué)和經(jīng)濟(jì)等意義，所以隨著我國經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，綜合國力的提高，我國在開展人造地球衛(wèi)星和載人航天之后與時俱進(jìn)，于2004年適時開展了以月球探測為起點(diǎn)的深空探測活動。

其實，早在1991年，時任“863”計劃航天領(lǐng)域首席科學(xué)家的閔桂榮院士就提出中國應(yīng)開展月球探測活動的建議，并成立了“863月球探測課題組”。

1993年，國家航天局曾組織專家論證利用因其他任務(wù)延遲而空余的一枚長征-3A火箭，發(fā)射1顆人造物體硬著陸月球的計劃。

20世紀(jì)90年代中期，美國提出重返月球，歐洲、俄羅斯、日本和印度等國也相繼提出各自的月球探測計劃，在世界上掀起第2輪探月熱潮時，我國也組織相關(guān)專家對開展中國月球探測的必要性、可行性進(jìn)行過初步的分析與論證，并認(rèn)為我國已經(jīng)有能力開展月球的探測，可用有限的資金發(fā)射一顆繞月探測器，并有一個簡易的月球探測方案。但由于當(dāng)時對月球探測尚未提出一個完整的發(fā)展規(guī)劃，缺乏長期和有深度的科學(xué)探測目標(biāo)，同時，國家的經(jīng)濟(jì)環(huán)境剛剛好轉(zhuǎn)，航天基礎(chǔ)還不像今天這樣扎實，只能做到簡單的環(huán)月飛行，對國家科技發(fā)展貢獻(xiàn)有限，尤其是國家當(dāng)時正在實施載人航天計劃，所以這一探月計劃未能啟動。

不過，我國的月球探測研究工作并沒有停止。1996年，我國完成了繞月探測器的技術(shù)方案研究，1998年，國防科工委正式開始規(guī)劃論證月球探測工程，完成了繞月探測器關(guān)鍵技術(shù)研究，以后又開展了深化論證工作，先后向相關(guān)的主管部門提交了《中國月球探測發(fā)展戰(zhàn)略研究》和《中國月球資源探測衛(wèi)星科學(xué)目標(biāo)》等論證報告。

2000年，中國科學(xué)院研究組完成了《中國月球資源探測衛(wèi)星科學(xué)目標(biāo)》研究報告，提出了現(xiàn)今被廣泛接受并作為立項目標(biāo)的“繞、落、回”三步走的設(shè)想。同年11月22日，國務(wù)院新聞辦公室發(fā)表《中國的航天》白皮書，“開展以月球探測為主的深空探測的預(yù)先研究”被列入了近期發(fā)展目標(biāo)。

2001年10月，我國月球探測計劃項目立項。從2002年起，國防科工委組織科學(xué)家和工程技術(shù)人員開始“月球探測一期工程的綜合立項論證”工作。

2003年4月，國防科工委下達(dá)了月球探測工程關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)重大背景型號預(yù)研項目，月球探測工程進(jìn)入工程立項前的攻關(guān)階段。與此同時，國家航天局宣布正式啟動月球探測工程的預(yù)先研究，最終提出了立足我國現(xiàn)有能力的繞月探測工程方案。

2004年1月23日，國務(wù)院正式批準(zhǔn)了月球探測工程一期，即繞月探測工程立項，這是我國向深空探測邁出的第一步，對我國的政治、經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

2004年2月25日，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，成立了繞月探測工程領(lǐng)導(dǎo)小組，并召開了第一次會議，會議通過了《繞月探測工程研制總要求》，同時宣布∶我國繞月探測工程于當(dāng)日起正式實施，并將繞月探測工程正式命名為“嫦娥工程”。

2　發(fā)展戰(zhàn)略

我國月球探測工程被列為《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》16個重大專項之一。作為一項國家戰(zhàn)略性科技工程，月球探測工程將服從和服務(wù)于科教興國戰(zhàn)略和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，以滿足科學(xué)、技術(shù)、政治、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的綜合需求為目的，把推進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的需求放在首位，力求發(fā)揮更大的作用。整個工程規(guī)劃貫徹“有所為、有所不為”的方針，選擇有限目標(biāo)，突出重點(diǎn)，集中力量，力求在關(guān)鍵領(lǐng)域取得突破，持續(xù)發(fā)展，為深空探測活動奠定堅實的基礎(chǔ)。

“嫦娥工程”的“三步走”戰(zhàn)略

通過探月工程的實施，可突破無人月球探測的主要關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)對月球的環(huán)繞、著陸、巡視探測和采樣返回，形成探測器、深空測控網(wǎng)和運(yùn)載火箭等一系列功能單元和自主創(chuàng)新的月球科研成果，具備開展無人月球探測的基本能力；初步建立中國深空探測的科學(xué)、技術(shù)和工程體系及創(chuàng)新團(tuán)隊，為空間科學(xué)研究和深空探測的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

依據(jù)循序漸進(jìn)、分布實施、不斷跨越的原則，經(jīng)過10年醞釀，作為國家重大科技專項的探月工程分為“繞、落、回”三個發(fā)展階段，在2020年前后完成。

第一階段為繞月探測，即在2004-2007年研制、發(fā)射繞月探測器。其主要任務(wù)是∶研制和發(fā)射繞月探測器；突破繞月探測關(guān)鍵技術(shù)，對月球地形、主要部分元素及物質(zhì)成分、月壤特性等進(jìn)行綜合探測；初步建立探月系統(tǒng)。這一階段要突破地月飛行、遠(yuǎn)距離測控和通信、繞月飛行、月球遙測與分析等技術(shù)，并建立我國月球探測航天工程初步系統(tǒng)。它原定通過嫦娥-1、2繞月探測器完成，其中嫦娥-2是嫦娥-1的備份。后來由于嫦娥-1表現(xiàn)出色，嫦娥-2繞月探測器改為第二階段的技術(shù)先導(dǎo)星。

第二階段為落月探測，即在2007-2013年研制和發(fā)射攜帶月球車的落月探測器。其主要任務(wù)是∶突破月球軟著陸、月面巡視勘察、深空測控通信與遙操作、深空探測運(yùn)載火箭發(fā)射等關(guān)鍵技術(shù)；研制和發(fā)射月球軟著陸探測器和巡視探測器，實現(xiàn)月球軟著陸和巡視探測，對著陸區(qū)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造和物質(zhì)成分等進(jìn)行探測，并開展月基天文觀測。這一階段主要突破月球軟著陸、自動巡視勘察、深空測控通信、月夜生存等關(guān)鍵技術(shù)，為以后建立月球基地的選址提供月面的化學(xué)和物理參數(shù)。它原定通過嫦娥-3、4落月探測器完成，其中嫦娥-4是嫦娥-3的備份，后來嫦娥-2也用于完成這一階段任務(wù)。

第三階段為采樣返回探測，即在2013-2020年研制和發(fā)射采樣返回器到月球表面特定區(qū)域軟著陸并采樣，然后將月球樣品帶回地球進(jìn)行詳細(xì)研究。其主要任務(wù)是∶突破采樣返回探測器小型采樣返回艙、月表鉆巖機(jī)、月表采樣器、機(jī)器人操作臂等技術(shù)，在現(xiàn)場分析取樣基礎(chǔ)上，采集關(guān)鍵性樣品返回地球，進(jìn)行實驗室分析研究；深化對地月系統(tǒng)的起源與演化的認(rèn)識。這一階段主要突破返回器自地外天體自動返回地球的技術(shù)和和高精細(xì)月球樣品分析技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。它原定通過嫦娥-5、6采樣返回器完成，其中嫦娥-6是嫦娥-5的備份，后來又增加發(fā)射了嫦娥-5試驗器，用于突破和掌握嫦娥-5以接近第二宇宙速度的高速再入返回關(guān)鍵技術(shù)。

“嫦娥工程”的每一步都是對前一步的深化，并為下一步奠定基礎(chǔ)。從“繞、落、回”三期工程的科學(xué)目標(biāo)看，它們有明顯的遞進(jìn)關(guān)系∶“繞”就是對月球全球進(jìn)行普查；“落”就是對著陸區(qū)附近進(jìn)行區(qū)域性詳查；“回”就是對著陸區(qū)附近進(jìn)行區(qū)域性精查。最終達(dá)到全面、深入了解月球的目的。

“嫦娥工程”既參考了以往國際探月活動的經(jīng)驗，又具有我們自己的特色，始終圍繞推動中國高新技術(shù)領(lǐng)域“原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新”的目標(biāo)制訂計劃并組織實施。

在航天科技方面，“嫦娥工程”可逐步實現(xiàn)多項重大突破，首次到達(dá)地外天體，首次著陸在地外星球上，首次從地外星球拿回樣本。這些技術(shù)的突破能推進(jìn)航天工程系統(tǒng)集成、深空測控通信、新型運(yùn)載火箭和航天發(fā)射等航天技術(shù)跨越式發(fā)展，帶動信息技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)、遙測科學(xué)等其他高新技術(shù)的發(fā)展。

在空間科學(xué)方面，通過首次對地球以外的星體和空間環(huán)境進(jìn)行近距離和接觸式探測，可使我國對于空間科學(xué)的認(rèn)識大大深化，為我國的天體物理學(xué)、空間物理學(xué)與材料科學(xué)的研究建立新的平臺，促進(jìn)這些學(xué)科的創(chuàng)新和發(fā)展，并帶動更多基礎(chǔ)學(xué)科間的交叉、滲透與共同發(fā)展。

該工程可促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。近些年來我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，一定程度上是以高能耗、高污染為代價的，月球探測工程對高新科技的帶動在不久的將來必然會回饋于經(jīng)濟(jì)，而以高新技術(shù)為動力的經(jīng)濟(jì)是低能耗、低污染、高效率的，符合可持續(xù)發(fā)展的方向。

它還能開拓中國航天活動的新領(lǐng)域；對提高綜合國力，增強(qiáng)民族凝聚力具有重大作用；有利于在外空事務(wù)和未來開發(fā)月球中維護(hù)國家權(quán)益；促進(jìn)中國高技術(shù)的全面發(fā)展；促進(jìn)中國基礎(chǔ)科學(xué)的創(chuàng)新和發(fā)展；參與開發(fā)利用月球資源，促進(jìn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展；推進(jìn)中國航天領(lǐng)域的國際合作。

3　繞月探測

我國繞月探測是通過發(fā)射嫦娥-1繞月探測器來實現(xiàn)的，現(xiàn)已順利完成，取得豐碩成果。

2007年10月24日，我國第1個月球探測器——嫦娥-1繞月探測器由長征-3A火箭送入太空，它于2007年11月20日傳回所拍攝的第1幅月面圖像，從而豎起了繼東方紅-1人造地球衛(wèi)星、神舟-5載人飛船之后，我國航天的第三個里程碑。

嫦娥-1采用東方紅-3衛(wèi)星平臺。其工作壽命1年，運(yùn)行在距月球表面約200km高的極軌道上。與人造地球衛(wèi)星相比，嫦娥-1采用了較多新技術(shù)，例如，采用了三體定向技術(shù)、紫外敏感器等。

所謂三體定向是指嫦娥-1能同時將其上的科學(xué)儀器總是對準(zhǔn)月球，太陽電池翼總是對準(zhǔn)太陽，定向天線總是對準(zhǔn)地球，以便持續(xù)拍攝月面照片、持續(xù)獲得光照、持續(xù)把探測結(jié)果及時發(fā)回地球。為使嫦娥-1上的科學(xué)儀器始終對準(zhǔn)月球表面進(jìn)行連續(xù)探測，它采取了三軸穩(wěn)定的姿態(tài)控制方式，保證了星上儀器的一面始終朝向月球，滿足遙感的需求。在衛(wèi)星體姿態(tài)固定后，嫦娥-1一是采用了可一維轉(zhuǎn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使太陽電池翼像槳輪一樣實現(xiàn)360°的轉(zhuǎn)動；二是利用太陽敏感器來捕獲太陽的方位，然后不斷控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)一直保持太陽電池翼獲得最佳的太陽入射角，從而為嫦娥-1提供了充足的能源。

嫦娥-1傳回的第1幅月面圖像

在嫦娥-1上搭載了8種科學(xué)儀器∶CCD立體相機(jī)用于獲取月球表面三維立體圖像，分辨率120m；激光高度計用于測量月球表面到衛(wèi)星的高度數(shù)據(jù)；干涉成像光譜儀、γ射線譜儀、X射線譜儀分別用于探測月球表面不同物質(zhì)的化學(xué)元素；在世界上首次使用的微波探測儀用于測量月球的微波輻射特征，從而反演月壤的厚度；太陽高能粒子探測器和太陽風(fēng)離子探測器用于探測從地球至月球的空間環(huán)境。

2008年7月1日，嫦娥-1完成了全月球影像數(shù)據(jù)的獲?。?008年10月24日，它實現(xiàn)了在軌1年壽命，完成了各項任務(wù)。此后，又用嫦娥-1開展了變軌等10余項驗證試驗。為了給探月二期工程“探路”，積累落月過程控制和軌道測定方面的經(jīng)驗，嫦娥-1于2009年3月1日受控撞擊了月球豐富海區(qū)域，成功完成硬著陸。

嫦娥-1累計飛行494天，其中環(huán)月482天，比原計劃多飛117天；飛行期間經(jīng)歷3次月食；傳回1.37TB有效科學(xué)探測數(shù)據(jù)；獲取了全月球影像圖、月表化學(xué)元素分布、月表礦物含量、月壤分布和近月空間環(huán)境等一批科學(xué)研究成果，填補(bǔ)了中國在月球探測領(lǐng)域的空白。

例如，嫦娥-1的CCD立體相機(jī)首次實現(xiàn)了月球表面的100%覆蓋，使中國制作的“全月球影像圖”在幾何配準(zhǔn)精度、數(shù)據(jù)的完整性與一致性、圖像色調(diào)等方面均在國際上處于先進(jìn)水平；采用嫦娥-1的激光高度計所獲數(shù)據(jù)制作的分辨率為3000m左右的全月球數(shù)字高程模型，在精度和分辨率上都達(dá)到了國際先進(jìn)水平，并在此基礎(chǔ)上制作出達(dá)到國際領(lǐng)先水平的全月球三維立體數(shù)字地形圖；嫦娥-1的γ射線譜儀獲得了鈾、釷、鉀3類重要元素的全月球分布和含量，以及鎂、鋁、硅、鐵、鈦5類重要元素的局部區(qū)域的分布和含量；通過國際上首次采用的微波探測儀所獲數(shù)據(jù)，推算出月壤平均厚度為5～6m，月壤中的氦-3含量約為1×106t；嫦娥-1還獲得了太陽高能粒子時空變化圖、太陽風(fēng)離子能譜圖和時空變化圖等，發(fā)現(xiàn)了它們與地球磁場和月表帶電粒子之間相互作用過程中的一些獨(dú)特物理現(xiàn)象；提出了月球巖漿樣結(jié)晶年齡為39.2億年和月球東海盆地傾斜撞擊成因的新觀點(diǎn)等。

4　落月探測

我國落月探測是通過先后發(fā)射嫦娥-2、3、4探測器來實現(xiàn)，現(xiàn)已發(fā)射了嫦娥-2、3探測器，取得了豐碩的成果。

嫦娥-2

由于落月探測要突破月球軟著陸、自動巡視勘察、深空測控通信和月夜生存等一系列關(guān)鍵技術(shù)，技術(shù)跨度和實施難度較大。

因此，經(jīng)過我國專家反復(fù)論證后決定，為了降低落月探測的風(fēng)險，在發(fā)射我國首個落月探測器嫦娥-3之前，先于2010年10月1日發(fā)射了嫦娥-2繞月探測器，來突破嫦娥-3的部分關(guān)鍵技術(shù)。

嫦娥-2運(yùn)行在距月球表面約100km高的極軌道上，設(shè)計壽命半年，分辨率7m，主要完成兩大任務(wù)，一是對新技術(shù)進(jìn)行試驗驗證，對未來的預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行高分辨率成像；二是獲得更加豐富和準(zhǔn)確的探測數(shù)據(jù)，深化對月球的科學(xué)認(rèn)知。

與嫦娥-1相比，嫦娥-2實現(xiàn)了6個方面技術(shù)創(chuàng)新與突破。①突破了運(yùn)載火箭直接將衛(wèi)星發(fā)射至地月轉(zhuǎn)移軌道的發(fā)射技術(shù)；②首次試驗了X頻段深空測控技術(shù)，初步驗證了深空測控體制；③首次驗證了100km月球軌道捕獲技術(shù)；④首次驗證了近月點(diǎn)15km、遠(yuǎn)月點(diǎn)100km軌道機(jī)動與快速測定軌技術(shù)；⑤首次試驗了小型降落相機(jī)、監(jiān)視相機(jī)、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)；⑥通過“俯沖”對嫦娥-3預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行高分辨率成像，分辨率優(yōu)于1.5m。

2011年4月1日，嫦娥-2的半年設(shè)計壽命期滿。此后，它開展了三項拓展試驗。一是在已獲取99.9%月球圖像的基礎(chǔ)上，補(bǔ)全了月球南北兩極漏拍點(diǎn)，獲得了世界最全的高分辨率月球圖；二是用主發(fā)動機(jī)降軌至15km，再次對嫦娥-3預(yù)選著陸區(qū)虹灣地區(qū)進(jìn)行了高清晰度成像，以驗證在月球背面衛(wèi)星不可監(jiān)測的條件下，導(dǎo)航控制與推進(jìn)系統(tǒng)的協(xié)同能力；三是離開了月球，飛往太陽與地球引力平衡點(diǎn)—拉格朗日2點(diǎn)駐留，進(jìn)行科學(xué)探測。

2011年8月25日，嫦娥-2在世界上首次實現(xiàn)了從月球軌道出發(fā)，受控準(zhǔn)確進(jìn)入拉格朗日2點(diǎn)環(huán)繞軌道，使我國成為世界上繼歐洲航天局（ESA）和美國之后第3個造訪拉格朗日2點(diǎn)的國家或組織，開展了日地空間環(huán)境探測。

2012年6月1日，嫦娥-2又成功變軌，進(jìn)入飛往小行星的軌道。同年12月13日，嫦娥-2以10.73km/s的相對速度，與圖塔蒂斯小行星由遠(yuǎn)及近“擦肩而過”，首次實現(xiàn)中國對小行星的飛越探測。嫦娥-2在與小行星最近相對距離達(dá)到3.2km時，其星載監(jiān)視相機(jī)對小行星進(jìn)行光學(xué)成像，使我國成為世界第4個探測小行星的國家。它開創(chuàng)了中國航天通過一次發(fā)射開展月球、拉格朗日2點(diǎn)、小行星等多目標(biāo)多任務(wù)探測的先河。

2014年6月，已成為我國首個人造太陽系小行星的嫦娥-2與地球間測控距離突破1×108km，為未來我國火星探測測控奠定了基礎(chǔ)。嫦娥-2超期服役飛行，既可測試國產(chǎn)元器件壽命，又能驗證中國測控通信系統(tǒng)的傳輸能力。2029年前后，嫦娥-2將回歸到距離地球約7×106km的近地點(diǎn)。

嫦娥-3

嫦娥-3是我國探月工程二期的主任務(wù)。2013年 12月2日，我國成功把嫦娥-3落月探測器直接送入地月轉(zhuǎn)移軌道。12月14日，嫦娥-3在月面軟著陸，首次實現(xiàn)了我國對地球以外天體的軟著陸。12月15日，嫦娥-3著陸器與玉兔號月球車互相拍照，使我國成為世界第3個掌握落月探測技術(shù)的國家。

嫦娥-3的工程目標(biāo)有3個。一是突破月面軟著陸、月面巡視勘察、深空測控通信與遙操作、深空探測運(yùn)載火箭發(fā)射等關(guān)鍵技術(shù)，提升航天技術(shù)水平；二是研制月面軟著陸探測器和巡視探測器，建立地面深空站，獲得包括運(yùn)載火箭、月球探測器、發(fā)射場、深空測控站、地面應(yīng)用等在內(nèi)的功能模塊，具備月面軟著陸探測的基本能力；三是建立月球探測航天工程基本體系，形成重大項目實施的科學(xué)有效的工程方法。

嫦娥-3的科學(xué)目標(biāo)也有3個∶一是調(diào)查著陸區(qū)與巡視區(qū)月表地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造；二是調(diào)查著陸區(qū)與巡視區(qū)月表物質(zhì)成分、月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及可利用資源；三是探測地球等離子體層以及開展月基光學(xué)天文觀測。

嫦娥-3寬度為4m、高度為4.2m，發(fā)射質(zhì)量3780kg，其中干質(zhì)量為1220kg。它由著陸器和巡視器（俗稱月球車，名叫玉兔號）組成，所以發(fā)射嫦娥-3實際上是發(fā)射了2個月球探測器，能分別開展就位探測和巡視探測，這在國際上也是首次。

玉兔號月球車上的全景相機(jī)拍攝的嫦娥-3著陸器

嫦娥-3著陸器質(zhì)量為1080kg，壽命12個月，著陸區(qū)為月球虹灣地區(qū)。載有玉兔號月球車的嫦娥-3著陸器在落月時克服了反推減速、自主控制和著陸緩沖三大技術(shù)難點(diǎn)，通過主減速、快速調(diào)整、接近、懸停、避障、緩速下降等幾個階段，于2013年12月14日安全落在了月球虹灣以東區(qū)域，一共耗時近700s。它落在月球19.5°（E）、44.1°（N）的虹灣以東區(qū)域，而且很平坦，只有1°～2°傾斜，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于小于15°傾斜的要求。我國采用的懸停、避障的智能著陸技術(shù)具有國際先進(jìn)水平。此前，國外的月球著陸器多為盲降，所以成功率不高。

此后，著陸器攜帶的4種科學(xué)載荷先后開始就位探測，其中的極紫外相機(jī)和月基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡是在世界上首次應(yīng)用。極紫外相機(jī)對地球周圍等離子體層的整體變化進(jìn)行了長期全方位觀測，這有助于了解太陽和地球的相互關(guān)系，提高中國空間環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報能力。它們獲得了大量成果。月基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡也是在世界上首次應(yīng)用，它主要在近紫外波段對重要天體的光變進(jìn)行長期連續(xù)監(jiān)測。

玉兔號月球車質(zhì)量為140kg，長1.5m、寬1m、高1.1m，設(shè)計壽命3個月，可6輪獨(dú)立驅(qū)動，4輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向，具有爬20°坡、越20cm高障礙的自主越障和避障能力，活動范圍為5km2，移動速度為200m/h。它首次靠“視覺”來完成定位工作，當(dāng)遇到超過20°的斜坡、高于20cm的石塊或直徑大于2m的撞擊坑時，能夠自主判斷，安全避讓。

在脫離嫦娥-3著陸器之后，玉兔號月球車用攜帶的4種科學(xué)載荷先后開始巡視勘察，其中的測月雷達(dá)是在世界上首次應(yīng)用。它裝在月球車底部，可用于在巡視過程中直接探測30m內(nèi)月壤結(jié)構(gòu)和100m深的淺層月殼結(jié)構(gòu)。它有2個探測通道，高頻通道探測30m深月壤結(jié)構(gòu)，低頻通道探測100m深月殼的結(jié)構(gòu)。

嫦娥-3在落月后面臨的最大難關(guān)就是月夜生存。為此，嫦娥-3首次采用了同位素?zé)嵩匆约皩?dǎo)熱流體回路、隔熱組件、電加熱器等，這相當(dāng)于給探測器“蓋被子”、“生爐子”、“開空調(diào)”，以確保艙內(nèi)溫度控制在-50～50℃，使探測器系統(tǒng)能順利度過月夜，然后被喚醒工作。

2016年1月4日，嫦娥-3著陸區(qū)4項月球地理實體命名獲得國際天文學(xué)聯(lián)合會（IAU）正式批準(zhǔn)，分別是廣寒宮、紫微、天市和太微。至此，以中國元素命名的月球地理實體達(dá)到22個。

到2016年10月，嫦娥-3著陸器上的大部分設(shè)備仍在工作，成為在月表工作時間最長的人造航天器。

至今，嫦娥-3開展了“測月、巡天、觀地”的科學(xué)探測，取得了大量科學(xué)數(shù)據(jù)。同時，研究人員在月球淺表層地質(zhì)結(jié)構(gòu)、月基天文觀測以及地球等離子體觀測等方面取得了一系列創(chuàng)新性科學(xué)研究成果。據(jù)不完全統(tǒng)計，在SCI、EI類國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表文章100余篇，重要成果相繼發(fā)表在《科學(xué)》、《自然》和《美國科學(xué)院院刊》等國際頂級學(xué)術(shù)刊物上，帶動了國際月球與行星科學(xué)研究和應(yīng)用發(fā)展。（詳情請見本刊2016年第1期）

嫦娥-4

在月面巡視探測的玉兔號月球車

2018年，我國將實施嫦娥-4落月任務(wù)，即2018年6月發(fā)射月球中繼星，2018年年底發(fā)射嫦娥-4著陸器和巡視器。它有望實現(xiàn)三大壯舉∶首次實現(xiàn)人類探測器造訪月球背面；首次實現(xiàn)人類航天器在地月拉格朗日2點(diǎn)對地月中繼通信；為科學(xué)工作者提供月球背面空間科學(xué)研究平臺，獲得一批重大的原創(chuàng)性科學(xué)研究成果。它將探索引入社會資本的新模式，并開展國際合作，征集月球探測載荷創(chuàng)意設(shè)計。

5　采樣返回

我國月球采樣返回探測是通過發(fā)射嫦娥-5試驗器和嫦娥-5、6來實現(xiàn)的，現(xiàn)已發(fā)射了嫦娥-5試驗器，超額完成了任務(wù)。

其工程目標(biāo)是∶突破月表自動采樣與封裝、月面起飛、月球軌道交會對接、地球大氣高速再入、月球樣品儲存等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)我國首次月面自動采樣返回，并為載人登月和深空探測奠定基礎(chǔ)。其科學(xué)目標(biāo)是∶采集月球樣品并返回地面，對返回樣品進(jìn)行系統(tǒng)的巖石學(xué)、礦物學(xué)同位素地質(zhì)和地球化學(xué)的分析與研究，結(jié)合月面物質(zhì)成分的分析數(shù)據(jù)，深化對月球和地月系統(tǒng)的起源與演化的認(rèn)識。

嫦娥-5試驗器

2017年，我國將執(zhí)行嫦娥-5月球采樣返回任務(wù)，即用返回艙把月球上的2kg樣品帶回地球進(jìn)行精查。嫦娥-5返回器將以接近11.2km/s的第二宇宙速度返回再入大氣層，這項技術(shù)十分復(fù)雜，無法通過地面模擬得到充分驗證，所以是未來嫦娥-5月面采樣、月面上升、月球軌道交會對接、再入返回四大關(guān)鍵技術(shù)中最難的一項，風(fēng)險很大。為確保取樣返回任務(wù)的精確完成，我國決定先發(fā)射嫦娥-5試驗器，以掌握航天器以接近第二宇宙速度的高速再入返回關(guān)鍵技術(shù)。

2014年10月24日，嫦娥-5試驗器順利升空。它先飛抵月球附近，然后自動返回地球，最終，試驗器的返回器于11月1日采用半彈道跳躍式以接近第二宇宙速度再入大氣層，在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域以傘降形式順利著陸。這是我國航天器第一次在繞月飛行后再入返回地球，使我國成為繼蘇、美之后，成功回收月球探測器的第三個國家。

由服務(wù)艙和返回器組成的嫦娥-5試驗器拍照月球和地球示意圖

嫦娥-5上升器離開月面示意圖

該試驗器由服務(wù)艙和返回器兩部分組成，總質(zhì)量為2t多，返回器安裝在服務(wù)艙上部。服務(wù)艙以嫦娥-2繞月探測器平臺為基礎(chǔ)進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)設(shè)計，具備留軌開展科研試驗功能；返回器為新研產(chǎn)品，采用鐘罩側(cè)壁加球冠大底構(gòu)型，質(zhì)量約330kg，具備返回著陸功能，與探月三期正式任務(wù)中的返回器基本一致。

它采用繞月自由返回軌道，在經(jīng)過發(fā)射段、地月轉(zhuǎn)移段、月球近旁轉(zhuǎn)向段、月地轉(zhuǎn)移段、返回再入段和回收著陸段6個階段后，在內(nèi)蒙古四子王旗著陸。

嫦娥-5試驗器的返回器安全準(zhǔn)確著陸在預(yù)定地點(diǎn)后，為了最大限度利用服務(wù)艙的能力，對嫦娥-5任務(wù)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行在軌試驗驗證，又用服務(wù)艙進(jìn)一步開展了一些拓展試驗∶①地月拉格朗日2點(diǎn)軌道飛行試驗；②傾斜環(huán)月軌道近月制動飛行驗證；③月球軌道交會對接遠(yuǎn)程導(dǎo)引飛行過程驗證；④環(huán)月圓軌道演化特性和軌道環(huán)境探測；⑤服務(wù)艙搭載設(shè)備在軌試驗等。

嫦娥-5

嫦娥-5采樣返回器是我國探月工程三期的主任務(wù)，它由上升器、著陸器、軌道器、返回器四個部分組成，將于2017年在海南文昌航天發(fā)射場由長征-5新一代大型運(yùn)載火箭發(fā)射升空，完成探月工程的重大跨越—帶回月球樣品。

6　結(jié)語

總的來講，人類的月球探索分為探月、登月和駐月，即“探、登、駐”三大步。目前，美國已走完了前兩步，未來將邁第三步，即建造可長期駐人的月球基地，如科研基地、能源基地等。蘇聯(lián)/俄羅斯走完了第一步，未來將邁第二步，即載人登月。由于經(jīng)濟(jì)不景氣等原因，自1976年后，蘇聯(lián)/俄羅斯再沒有發(fā)射過月球探測器。所以，在美、俄組成的世界探月第一集團(tuán)中，美國是“領(lǐng)頭羊”。

歐洲、日本、中國和印度等正在完成第一大步—探月，并按照“繞、落、回”三小步分步實施，逐漸積累知識和經(jīng)驗。目前，歐洲、日本、中國和印度都完成了繞月探測，中國還于2013年12月率先發(fā)射了嫦娥-3落月探測器，并于2014年10月發(fā)射了嫦娥-5試驗器。由此可見，在歐洲、日本、中國和印度組成的世界探月第二集團(tuán)中，我國現(xiàn)處在領(lǐng)先位置，并將在2017年率先發(fā)射月球采樣返回器，2018年率先在月球背面著陸。今后，還有望率先在月球兩極著陸，載人登陸月球，在月球建立基地。

諸葛/文

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