“嫦娥一號”,是中國的首顆探月衛星。以中國古代神話人物嫦娥命名,將于2007年在西昌衛星發射中心升空,整個“奔月”過程大概需要8—9天。預計衛星的總重量為2噸多,壽命大于1年。該衛星的主要探測目標是:獲取月球表面的三維立體影像;分析月球表面有用元素的含量和物質類型的分布特點;探測月壤厚度和地球至月亮的空間環境。
通往“廣寒宮”之路
西昌,2007年將注定再次成為世界關注的焦點。據有關人士介紹日前,西昌已經重建了3號發射塔,其主體結構已于去年9月底主體結構整修完成從10月起進入了設備安裝階段。2007年下半年,中國通往遠在38萬公里外“廣寒宮”之路將從這里開始。中國將正式邁出探索月球的步伐。
迄今為止我國研制發射的各類衛星都是在地球引力場的范圍內運行,現在中國的載人航天工程,也都是在地球周圍運動,沒有離開地球這個人類的“搖籃”。“嫦娥一號”衛星將把這一局面徹底變成歷史,從而成為我國第一個脫離地球引力場奔向茫茫宇宙深空的使者。根據計劃,“長征三號甲”運載火箭將會承擔“嫦娥一號”衛星的發射任務,將探月衛星送上茫茫征途。
透露出來的消息顯示,“嫦娥一號”衛星是在“東方紅三號”衛星公用平臺基礎上,經過適應性修改,根據任務進行技術創新研制的我國第一顆月球探測衛星。該衛星重量2350公斤,設計運行壽命1年。據悉,由中國航天科技集團公司負責研制的嫦娥一號衛星進展良好,已經轉入整星測試階段。“為載人探月鋪路的中國第一顆人造月球衛星‘嫦娥一號’已研制完成,正整裝待發。”3月6日,全國政協委員、中國繞月探測工程總指揮欒恩杰在接受媒體專訪時興奮地說:“有望在今年內飛向38萬公里以外的月球。”
這還只是中國整個探月工程的一個序曲。“在資金到位、項目按時啟動等理想條件下,中國完全有能力在15年內將載人航天器送往月球。”同一天,中國載人航天工程運載火箭系統原總指揮、中國載人火箭計劃顧問組組長黃春平對記者樂觀地說。按照計劃,明年神舟七號飛船將發射升空。屆時將搭載3個航天員升空,并將進行走出太空艙的太空漫步活動。令人振奮的消息還不止于此。3月1日,中國科學院推出了《2007高技術發展報告》。探月計劃總工程師葉培建撰文說,未來30年內,中國有望探測火星、金星。火星探測的大幕也將在兩年后正式拉開。屆時,中國將和俄羅斯進行聯合火星探測。從2007年的“嫦娥奔月”、2008年的“神七”升空、再到2009年的中俄火星聯合探測,中國太空探測正在以前所未有的加速度往前發展。
適合發射的時機只有7次
歐陽自遠指出要完成這些目標存在不少技術上的困難。比如,發射衛星進入繞月軌道必須到達固定的位置,對發射“窗口”有著非常苛刻的要求。2007年全年適合發射的時機只有7次每次只有35分鐘,一旦遇上惡劣的天氣等因素影響,整個發射計劃將不得不延遲一個多月。科學家們已想出解決辦法:選定發射時間后,視天氣情況許可,提前兩三天將衛星發射升空環繞地球飛行到既定時間再飛奔月球,抵達目的位置后“剎車”由月球“捕獲”后進入繞月軌道。月球探測工程分為三期來完成:第一期工程(2004年至2007年),發射探測器繞月探測,第二期工程(2007年至2012年)實現月球表面軟著陸與月球車巡回j第三期工程(2012年至2017年)實現探測器在月球表面取樣返回。三期工程均不載人。
中國航天科技集團公司第六研究院顧問、原黨委書記戴證良透露“嫦娥一號”繞月衛星曾計劃今年上半年發射但是由于 些工作任務環節的因素將發射時間推遲到下半年大約會在9月份左右發射飛往月球軌道。此外,戴證良介紹,我國將用于空間站發送的大運載火箭的發動機研制已經完成目前進入試樣階段,預計明年可以生產使用。他介紹,大運載火箭直徑有5米左右而現在的運載火箭直徑為3米左右。戴證良介紹,5米的直徑使大運載火箭在內陸地區運輸困難,因此國家已將大運載火箭的發射基地初步定于海南島便于海上運輸。我國第一顆人造月球衛星“嫦娥一號”播放歌曲評選活動落下帷幕,《梁山伯與祝英臺》《誰不說俺家鄉好》《愛我中華》等30首曲目入選衛星將在到達繞月軌道后于距地球38萬公里以外的太空向地球播放一組由全國人民選出的歌曲。參與評選活動的音樂界專家認為,這些歌曲最能夠表達中國人民熱愛祖國、熱愛生活、熱愛和平、探索自然、崇尚真理的美好追求和高尚情操,能充分展示中華文化之美,提升中華文化的影響力。
6套探測儀探秘月宮
由中國科學院院士、中國繞月探測工程首席科學家歐陽自遠、中國科學院國家天文臺鄭永春助理研究員撰寫的文章中說今年下半年發射的嫦娥1號探月衛星選用的科學探測儀器有6套24件,包括CCD立體相機、激光高度計成像光譜儀、伽馬/×射線譜儀、微波探測儀、太陽高能粒子探測器和低能離子探測器等這些設備在中國都屬首次使用有的是世界首創。
探月的第一項任務是繪制立體的月球地圖。國外已有多個版本的平面月球地圖,但立體的只有二幅,且做得不完整。嫦娥1號衛星將采取與其他國家不同的思路,搭載1臺CCD立體相機和1個激光高度計,兩者結合繪制完整細致的立體月球地圖。CCD立體相機同時對衛星飛行的前方、下方和后方進行拍照,形成三維影像。激光高度計由激光器、望遠鏡和接收電路三部分組成。衛星進入環月軌道后,激光高度計首先向月面發射激光束,并立刻用望遠鏡把反射回來的光束變成電信號;接收信號的電路盒將迅速進行計算,得出該探測點的月球海拔高度。激光高度計完成繞月旅行,月面每個探測點(包括南北極的黑暗深坑)的海拔高度就 清二楚了。這些數值與CCD立體相機拍攝的高精度圖像相疊加,就是一幅完整而精確的月球立體地形圖。
第二項任務是探測月球上元素的分布。這件事情只有美國在2000年利用1998年發射的衛星,做了5種元素的月球分布圖,包括鐵、鈦、鈾、釷、鉀。而嫦娥1號衛星將用世界先進的伽馬/×射線譜儀探測月球上14種元素的分布。這樣,我們就知道月球上分布著哪些資源,將來建月球基地時可選擇在資源富集的地區通過開采月球資源,滿足人類社會的需求。
第三項任務是評估月球上土壤的厚度和氦—3的資源量。嫦娥1號衛星上搭載了一臺微波探測儀,這是世界上首次在探月衛星上裝載微波遙感裝置。這臺微波探測儀能探測物體的微波輻射強度能在所有氣象狀態下全天候工作,且具有穿透能力,可探測深埋的物體。科學家們通過月球微波輻射強度的科學解析,可以估算出月球土壤厚度和月球上氦—3的總量及分布。氦—3是地球上極其稀少的替代石油的能源。微波探測儀還能測出月球背面的亮度、溫度圖和月球兩極地面的信息。
第四項任務是監測遠至40萬km范圍內的空間環境,記錄原始太陽風數據,研究太陽活動對地月空間環境的影響。國內目前僅監測過7萬km以內的空間環境,嫦娥1號上的太陽高能粒子探測器和低能離子探測器,將首次探測遠至4萬至40萬km間的空間環境,這些關鍵科學數據,對今后深空探測器的環境防護設計具有重要的參考價值。
逼出來的探月工程
1994年,美國發射了“克萊門汀號”環月探測器,不但開始了全月面元素的分布與含量的探測,并意外發現了在月球南極區有水存在的信息。當年,歐洲空間局也提出了重返月球、建立月球基地的詳細計劃,根據計劃,他們將逐步建立月球科學研究基地。隨后,俄羅斯、日本等國家的航空航天科學家們也開始了行動,從而在世界范圍內掀起了新一輪的探月高潮。
美國人的發現和其他國家的行動在中國的航空航天界也引起了很大的震動。于是1994年我國探月工程也被提上了論證日程,然而此后卻是“反反復復的論證”。“全世界現在對于月球探測的競爭已經到了白熱化的程度,中國如果無動于衷的話就會在競爭中落后、喪失發言權。”無論是在游說中,還是在演講中,歐陽自遠都如此對外界表示。在世界探月整體升溫的局面下,加上科學家們的游說,中國探月計劃終于得到了政府高層的重視。
2000年11月22日中國政府首次公布航天白皮書《中國的航天》,明確了近期發展目標中包括“開展以月球探測為主的深空探測的預先研究”。同年10月5日在京召開的首屆“世界空間周”慶祝大會上,國防科工委副主任、國家航天局局長欒恩杰在《面向21世紀的中國航天》的報告中首次公開表明了中國探月的決心。
中國新的探月計劃也受到了兩任政府總理的高度重視。2002年10月,時任國務院總理朱镕基指示要抓緊探月工程的論證。2004年1月23號溫家寶總理親自批準了中國繞月探測工程的立項,資金預計14億人民幣。
2004年2月,中國繞月探測工程很有詩意地被命名為“嫦娥工程”,同時第一顆繞月衛星命名為“嫦娥一號”欒恩杰被任命為“嫦娥工程”的總指揮。自此,中國漫長的探月計劃從科學家們的爭論中開始公開地走到了人們的面前。
浮出水面的登月計劃
根據中國已經確定的探月工程的計劃,整個探月工程分為三個階段,第一期工程為“繞”,二期工程為“落”,2017年進行的三期工程為“回”。在外界看來,“嫦娥一號”衛星升空實際上只是中國整個探月工程的一個序曲。盡管目前國防科工委僅僅啟動了“嫦娥工程”第一期“繞月探測工程”第二期和第三期計劃尚未正式立項,但是沒有人懷疑它們已經是“箭在弦上”。
2007年“嫦娥一號”順利升空以后,接下來“嫦娥工程”第二期就將很快進入實質性的階段。有消息表明2009年至2015年,中國將進入嫦娥二期工程,屆時將進行兩到三次的軟著陸巡視勘察,其中2012年向月面發射一個軟著陸器的計劃已經基本確定,按照這一計劃軟著陸器將攜帶載有攝像機和多種探測儀器的月球車在月球表面巡視勘查,為建立月球基地收集基本數據資料。目前中國進行此項任務的技術、物資條件和經濟實力都已基本具備。
在此之后,中國將進行就是2017年“嫦娥工程三期”行動,即發射一顆月球軟著陸器,這個軟著陸器不
聳立在珠海航展航天探月展區的探月工程雕塑和“嫦娥號”衛星模型僅要采集月壤和巖石的樣本,還要搭乘返回艙重返地球。在這個階段中,空間機器人將會充當主要角色,在衛星維修、太空科學試驗等活動中發揮重要作用。
“嫦娥工程三期”完成以后,中國將進入載人登月階段,那時中國的載人登月計劃就會全部浮出水面。有分析人士認為,中國的載人登月計劃將會成為“嫦娥工程”的第四期工程。在這一期工程中,中國將如何載人登月呢?根據中國科學家的設計,我國所計劃采用的方式是先用運載火箭將飛船送上地球軌道,隨后飛船自行移動至月球軌道,釋放出登陸艙,降落在月球表面,宇航員登陸月球。活動完成后,宇航員返回登陸艙飛離月球,與在月球軌道上等待的飛船重新對接,至此登月過程結束。
值得注意的是,在2004年的中國探月工程規劃中,并沒有提到任何載人登月的計劃。我國政府的官方文件中至今也沒有公布載人登月的具體計劃或者設想,也就是說目前外界所傳言的“嫦娥工程”的第四期工程直到現在仍然沒有得到政府方面的證實。
國內航天界的專家表示在航天發展的道路上,我國政府一向行動穩妥。實施登月計劃時政府方面也同樣采取了極為審慎的態度。作為我國整個登月工程的前奏,我國謹慎地啟動了探月工程的“繞”計劃。在歐陽自遠看來在載人登月以前,實施針對月球的前期探測是很有必要的。“我們中國現在有能力把人送到月球,但是只有單程票,我們現在沒有能力保證能回來。”中國目前的火箭系統還遠遠不能滿足載人登月計劃的要求。只有當新一代火箭研制成功以后,中國的登月夢想才會更加接近。
中國為何必須探月
我們為什么要探索月球?月球對于我們有什么意義?專家告訴我們理由如下:
維護我國月球權益的需要。盡管1984年聯合國通過的《指導各國在月球和其他天體上活動的協定》簡稱《月球條約》中規定,月球及其自然資源是人類共同財產,任何國家、團體和個人不得據為己有。但是,當前,主要航天國家和組織正加緊實施月球探測計劃。作為聯合國外空委員會的成員國我國開展月球探測,并取得一定成果,才具有履行《月球條約》和分享開發月球權益的實力,維護我國的合法權益。
人類研究宇宙和地球本身的最佳平臺。科學家認為,通過利用月面上沒有人為改造和破壞的某些本來面目研究月球,了解月球的成因、演變和構造等諸方面的信息,有助于了解地球的遠古狀態、太陽系乃至整個宇宙的起源和演變,有助于搞清空間現象和地球自然現象之間的關系,可以極大地豐富人們對地球、太陽系以至整個宇宙起源和演變及其特性的認識,從中尋求有關地球上生命起源和進化的線索。
促進科技進步和發展。開發月球是空前艱巨的事業需要解決一系列難題,這必然會帶動諸如大推力火箭、巨型航天器、高速飛行、人工智能、計算機、機器人、加工自動化,精密儀器、遙感作業、通信、材料、建筑、能源等工程技術以及空間生物、空間物理、空間天文等科學技術的突飛猛進。
為開發利用月球資源做準備。在月球巖土中,具有豐富的氧、鐵、鎂、鈣、硅鈦、鈉、鉀、錳等物質,初步估計共含有8萬億噸鐵。此外月球上有豐富的能源,尤其是月球上的氦—3,是地球上所沒有的核聚變反應的高效燃料,資源總量可達100—500萬噸,能夠支持地球7000年的需電量。
促進深空探測。月球表面的引力只有地球表面的六分之一,因此,航天器從月球上起飛,可大大節省能源。月巖土壤中氧占40%,可以就地生產推進劑和作為受控生態環境和生命保障系統的氧氣來源。硅占20%,可以為航天器制作太陽電池陣,其他金屬可以為航天器制作各種部件設備。還可以用月球作中轉站,為過往的航天器進行檢修和補充燃料。
進行天文觀測和研究的平臺。月球表面的地質構造極其穩定月球直接承受太陽的輻射,沒有大氣層對光線和電波的吸收、散射和折射等干擾,沒有塵埃污染,沒有磁場,月球的背面沒有人造光源和射電的干擾地震很微小。同時,月球有漫長的黑夜,黑夜溫度極低。這種環境為建造高精度天文觀測臺提供了理想的場所。
推動經濟發展。開發月球,可以產生難以估量的經濟效益,而且其他技術的二次開發應用,勢必促進工業的發展與提升。如美國研制和發射“阿波羅”號載人飛船時就產生了3000多項專利,帶動了高新技術產業的發展。
(責任編輯 趙忠范)