“嫦娥”舒袖 舞月長空 巡天、觀地、測月

尹傳紅

奔月

記者：我國探月工程分為幾個階段，嫦娥三號充當著什么角色？

歐陽自遠：我國探月工程長遠規劃為三個階段：無人探月階段、載人登月階段和在月球短期居住并開發利用階段。無人探月階段在十年前就已經規劃完畢，包括繞月探測，落月探測和采樣返回等任務。無人探月階段的第一步是發射繞月極軌衛星，對月球進行全球性、整體性與綜合性探測；第二步是落月探測，派著陸器與月球車軟著陸月球并對某區域進行精準詳細探測；第三步是月球探測器軟著陸月面，鏟取和打鉆取樣并帶回月球巖石土壤樣本返回地球，在地面開展系統深入研究。

嫦娥三號探測器所完成的任務屬于無人探月第二步，實現中國的探測器在地外天體上首次著陸，主要解決軟著陸的問題，并進行一系列科學探測與研究工作，同時也要為之后的嫦娥系列探月器的改進設計發現技術難點并開拓關鍵技術、攻關新思路。

記者：嫦娥二號現已離開月球軌道，飛離地球6500萬千米。嫦娥二號為嫦娥三號做了哪些準備工作？

歐陽自遠：嫦娥一號成功發射后經過了地球調相軌道、奔月軌道，最后被月球俘獲，總計14天抵達月球，而嫦娥二號發射時改進了軌道設計與飛行控制技術，直接進入奔月軌道，僅用了四天半就被月球俘獲并進入月球軌道。因此在嫦娥三號上我們可以直接套用嫦娥二號的飛行軌道。

嫦娥二號在距離月球表面100千米的高度，繪制了全月球7米分辨率影像圖，實現了全月球影像的“無縫”鑲嵌，全月球影像圖做出紙質圖版來要比足球場還大，是目前世界最高水平的全月球數字影像圖。嫦娥二號月球衛星在近月點15千米高度對嫦娥三號著陸的虹灣地區拍攝1米分辨率的高清圖像，提供降落區精確的地形地貌。

隨后嫦娥二號奔向距離地球150萬千米的拉格朗日2點（L2），監測太陽的活動，積累了大量太陽活動的探測數據。之后于2012年12月13日成功飛抵距地球約700萬千米遠的深空，以10.73千米/秒的相對速度，與國際編號4179的戰神號小行星由遠及近擦身而過，首次實現對小行星的飛越探測，最近距離870米，證明了中國測控技術的水平和能力。嫦娥二號發揮了承前啟后、持續發展的先導作用，為嫦娥三號的成功實施奠定科學和技術基礎。

落月

記者：我們在新聞上總能看到衛星“入軌成功”和“圓滿成功”等描述說法，這些階段性成功指的是什么？嫦娥三號到了什么時候才能稱為任務圓滿成功？

歐陽自遠：火箭將衛星送入預定軌道，“星”“箭”成功分離，謂之“發射成功”。發射成功后，嫦娥一號和二號衛星使用攜帶的多個發動機，修正軌道飛向月球，當衛星被月球捕獲，變成環繞月球飛行的衛星，再逐漸調整軌道與姿態進入繞月工作軌道，所有探測儀器和設備正常工作，并取得標志性科學探測成果，這時就可以宣布嫦娥一號及嫦娥二號取得圓滿成功。

但是對于三號，做到這些還不夠，嫦娥三號進入奔月軌道后，展開太陽能帆板，獲得電源。在嫦娥三號被月球俘獲后，進入100千米×100千米的極軌圓軌道，再調整軌道為15千米×100千米的橢圓軌道，然后在15千米高的近月點向著陸點逐漸降低高度，著陸器底部有一臺7500N的發動機，反向推進器可減緩嫦娥三號的降落速度。當著陸器降到離月球表面100米高度時，推進器將控制著陸器懸停，讓著陸器下面的照相機自動拍攝下方地形地貌，尋找合適的降落地點。由于在距離月表這么近的距離，我們從地球上無法觀測著陸地點的具體情況，必須要靠嫦娥三號的著陸器自主判斷，如果著陸地點不合適，它會自動平飛到其他合適的位置降落。著陸器（特指著陸器的質心位置）緩慢下降到距離月面4米高度時，為避免月球表面的塵土飛揚，會關閉著陸器下方的發動機，作初速度為零的自由落體運動。著陸器的4條支架安裝有減震裝置，當著陸器穩定插入月表的土層里，這時稱為基本成功。美國一些“航天科學家”擔心嫦娥三號著陸時的推進劑會對月球大氣造成嚴重污染，甚至影響美國繞月衛星對月球表面進行觀測。實際上月球表面積相當于四個中國版圖，一臺著陸器揚起的灰塵微乎其微，連玉兔自身都不會影響到，更不用說美國的繞月衛星了。

之后著陸器檢查攜帶的各類設備，進入工作狀態。著陸器給月球車充電，鋪設月球車離開著陸器的舷梯，月球車解鎖后進入工作狀態，離開著陸器，實現兩器分離。著陸器和月球車互拍國旗，當國旗照片傳回地球，嫦娥三號的落月任務取得圓滿成功。后期的任務仍然繁重，基地安排著陸器與月球車的科學探測日程，讓著陸器與月球車開展探測工作，分別將探測數據傳回地球，地面中心接收科學數據進行科學研究。

記者：著陸器與月球車會幫助科學家進行什么探測呢？

歐陽自遠：嫦娥三號的著陸器和月球車都配備了很多科學儀器，這也是本次落月探測最具特色的一點：首次著陸器和巡視器聯合工作。

美國和蘇聯都曾向月面派送著陸器或月球車，但沒有開展過著陸器與月球車的聯合工作，都只是單一的探測平臺，著陸器只做就位探測，月球車只做巡視探測或作為載人登月月面勘查代步的交通工具。嫦娥三號的著陸器與月球車發揮各自的優勢，除了進行著陸區的地形地貌、地質構造、月壤的化學成分與礦物組成探測外，還要實現“巡天”“觀地”“測月”三個特殊的科學探測目標。在嫦娥三號的著陸器和月球車上特別裝配了幾臺科學探測儀器，有著陸器上的月基天文望遠鏡和極紫外照相機，月球車攜帶的粒子激發X射線譜儀、紅外光譜儀和測月雷達。

著陸器在月面位置固定，適合安裝需要固定位置的探測儀器。月基近紫外天文望遠鏡巡天觀測天文，是人類首次在月球上巡天觀測。由于月面屬于超高真空環境，沒有大氣層、電離層和污染的干擾，是天文學家夢寐以求的天文觀測場所。在地球上觀測天文總是要受到大氣層活動、電離層活動、空氣污染和人類活動的影響，研究人員需要對望遠鏡進行各種各樣的復雜校正。且地球望遠鏡只能在晚上觀測，而月基望遠鏡能夠在幾乎毫無干擾的條件下連續半個月進行天文觀測，實施“巡天”的科學目標。

著陸器上的另一臺特色設備是30.4納米波段極紫外相機，用來觀測地球等離子體層的空間結構、密度以及連續變化，這是人類首次開展月基等離子體層觀測。人造衛星能夠在距離地球較近的高度在不同時段觀測地球等離子體空間的局部，而極紫外相機可以直接監測地球外的等離子體層全貌，得到的信息更加充分完整，實施“觀地”的科學目標。

月球車“玉兔”是我國設計建造的自主探測機器人，代表我國機器人的最高智能水平，能夠完全自主導航，實現自主選路、自主避障、自主上坡下坡、自主控制儀器探測月面并將結果發送回地球。“玉兔”的主要任務是分析月球土壤和探測月球地質結構。它攜帶的紅外光譜儀用來測試土壤的礦物組成。另外，月球車上的粒子激發X射線譜儀能夠測定土壤的元素成分，通過激發土壤各種化學元素原子的X射線，根據X射線特征能量的不同判斷其元素成分和元素含量。更有特色的設備是在月球車下面放置的測月雷達，雷達向月球表面以下發射兩道不同波段的雷達波，分別研究地下30米深度內的月球土壤層結構和100米深度內的月球次表層結構。這是國際上首次探測月球次表層結構，實施“測月”的科學目標。

回眸

記者：了解月球的地質構造和巖石的化學成分對人類有何幫助？

歐陽自遠：在科學上，了解月球的地形地貌、地質構造、表面與空間環境、各類巖石的成分與分布和月球的內部結構，是認識月球的演化歷史和月球與行星起源的基礎，是開發利用月球資源與能源的科學依據。

月球蘊藏有極其豐富的礦產資源，如氦-3、稀土、鈾、釷、鉀、鈦、鐵、磷，幾乎是取之不盡，用之不竭。氦-3是核聚變發電的最優原料之一。現在包括中國在內的七個國家在法國建了一個國際熱核反應堆，預計在30～50年以后，人類可以完全掌握核聚變發電。但使用這種能源有一個苛刻的條件，點火的溫度要一億度以上，美國在2009年宣布他們已經研制成功了點火裝置，他們在勞倫斯國家實驗室獲得了1億到2億℃的高溫，因此點火已經沒問題。另一方面氦-3元素在地球上極少，但嫦娥一號探測發現，全月球土壤里氦-3的資源量至少有100多萬噸，可以滿足全人類至少1萬年的能源需求，并且這將是人類社會長期、穩定、安全、清潔、廉價的可控核聚變的能源原料。

月球還有豐富的太陽能，月球上太陽一出來就是半個月，又沒有天氣活動，太陽直射月球表面，所以太陽能的能量密度比地球大得多，而且月球上可以無限制鋪設太陽能電池板，將月球發的電能傳回地球用激光或微波傳輸可以解決。有科學家提出建議，給月球系一根由太陽能發電電池板構成的“腰帶”，將月球太陽能傳輸到地球的某個位置。假如說這個方案能夠實現的話，地球上的全人類子孫萬代就不再需要其他能源了。

記者：人類為何現在要急于探月？

歐陽自遠：總有一天人類會在月球開采礦產資源，而誰先開采誰就先獲益。比如月球上的鈦元素分布在四分之一的土地上，面積相當于一個中國的面積大小。鈾、釷、稀土含量遠比地球上多得多，中國的稀土礦藏為世界之最，然而月球上的稀土是中國稀土量的幾十萬倍。另外，月球的惡劣環境可以轉化為很多方面的優勢。月面溫差大、沒有磁場、重力小，地質結構穩定，高度真空，很多合金、新材料、生物制品的生產過程對這樣的環境求之不得，在月球上能夠極大方便相關領域的生產制造。人類一旦實現月球開發和制造技術，馬上就可以從中獲益，因此人類從月球獲益并不遙遠。

從實際中來看，在1958年開始的第一次探月高潮中，美國阿波羅計劃投入了254億美元（相當于2005年的1360億美元），阿波羅計劃帶動了20世紀60～70年代幾乎全部高新技術的突破與發展，產生了3000多個技術領域的新技術與新進展，新產品涵蓋國民經濟的各個方面，誕生了一大批新生的工業群體，周邊的發明創造更是不計其數，總的投入產出比達到1∶14。今天小到尿不濕，大到軍事、航空航天、計算機、微電子、通訊、醫療衛生等等行業的新型設備，都直接或間接地與阿波羅項目相關。

對我國來說，探月工程也極大地拉動了基礎工業和高端技術等方面的技術突破與進步，提高了我國的技術能力與水平。在我國實施探月工程的實踐中，一大批年輕的科學技術人才涌現。這些科技人才有理想和抱負，探月工程正好成為他們練習身手的機會，經歷實際的鍛煉后，這些年輕人才能夠真正成長為國家的科技棟梁。

記者：這些也是引發90年代以來全球多個國家第二次探月高潮的原因嗎，他們進展如何？我國探月工程水平在探月諸國中屬于什么位置？

歐陽自遠：歷史上的第一次探月高潮從1958年持續到1976年，美、蘇爭霸在月球探測上展開了激烈的競爭。第二次月球探測高潮的勢頭從20世紀90年代持續至今。1990年以來，全球共發射11枚月球衛星探測器，目的就是想重新解讀月球，為未來月球的開發利用提供科學依據。美國、俄羅斯、歐洲太空局、日本、中國、德國、法國、奧地利、印度、巴西、韓國等國家和組織都對探月有詳細的計劃。雖然中國在第二次探月高潮中第一個用著陸器攜帶月球車軟著陸月球，開展就位探測與巡視探測的聯合探測，但我國的探月工程仍然屬于后來者，在基礎科學、人才隊伍、高新技術、原材料加工、元器件研制和總體經驗等方面都遠不如美國，俄羅斯比我們也仍然有較大的優勢。在月球探測方面我們與歐洲、日本各有專長與特色。

記者：嫦娥三號完成任務之后，我國的下一步探月工作重點是什么？請您展望一下我國深空探索的前景。

歐陽自遠：按照我國探月工程的總體規劃，預計在2017年前后發射嫦娥五號無人探測器，核心任務是取得月球土壤樣本并返回地球。雖然時間上看似乎還有幾年，實際上很多設備現在已經準備好了，比如嫦娥五號將要使用的自動打鉆取樣技術，現在就已經實現了。通過無人月球探測階段，必將開展載人登月和逐步建設月球基地，開發利用月球能源與資源，支持地球人類社會的持續發展。

我國還處在探索月球的初步階段，但是我們不能夠僅僅看著月球，更不能止步于月球。中國要看得更遠、飛得更遠，相信我們有能力探測整個太陽系。中國應該為人類做出更大的貢獻。