載人月球探測科學(xué)目標(biāo)及著陸區(qū)選址建議

牛 冉，張 光，牟伶俐，林楊挺，劉建忠，薄 正，代 巍，張 鵬

(1. 中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心，北京 100094；2. 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029；3. 中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所，貴陽 550081)

0 引 言

載人月球探測是一項技術(shù)難度極高、對全人類具有重大意義的科技工程[1]。實施載人月球探測任務(wù),可獲得原位探測數(shù)據(jù)、月球樣品和人類月球科考經(jīng)驗,為開展有人參與的多學(xué)科實驗和原位資源利用提供支撐,從而帶動一系列重大基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)的突破與發(fā)展,為建設(shè)科技強(qiáng)國、航天強(qiáng)國和人類文明發(fā)展作出重大貢獻(xiàn)[2]。

科學(xué)與應(yīng)用目標(biāo)是載人月球探測這一復(fù)雜工程的重要牽引,是工程總體方案設(shè)計的頂層輸入之一,用于回答在載人月球探測和人類向深空發(fā)展的過程中需要解決什么問題,優(yōu)先和利于開展什么研究,怎樣才能更好地實現(xiàn)人類在地外的長期生存等[3-5]。

月球探測通過60多年的發(fā)展,也逐步從表面向內(nèi)部深入認(rèn)知、利用月球和長期月面生存方向轉(zhuǎn)變[6-7]。載人月球探測應(yīng)制定特色鮮明、成果顯著的科學(xué)與應(yīng)用目標(biāo)。

載人月球探測著陸區(qū)選址支撐科學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn),需綜合考慮整個工程的總體目標(biāo)、實施方案、技術(shù)途徑、實施周期、經(jīng)濟(jì)效益以及工程可實現(xiàn)性、系統(tǒng)安全性等因素[8-10],涉及到科學(xué)研究與應(yīng)用價值分析、科學(xué)目標(biāo)的著陸區(qū)需求分析、飛行器約束條件分析、月面駐留與活動支持能力分析等關(guān)鍵環(huán)節(jié),是工程約束與科學(xué)需求相互迭代的復(fù)雜過程[11-12],在開展載人月球探測的過程中選擇什么樣的區(qū)域著陸與認(rèn)識月球、利用月球以及月面生存都具有密切的直接關(guān)系,需提出滿足科學(xué)需求的月面著陸區(qū)選擇。

1 月球探測現(xiàn)狀與啟示

1.1 國內(nèi)外已經(jīng)完成的月球探測任務(wù)

到目前為止,人類已開展數(shù)十次月球探測任務(wù),如圖1所示。在第一次月球探測高潮中,蘇聯(lián)和美國相繼通過人造衛(wèi)星和飛船靠近或登陸月球。其中蘇聯(lián)的“月球”(Luna)和“探測”(Zond)系列探測器通過飛掠、環(huán)繞、月面硬著陸、月面軟著陸和自動采樣(301 g)返回等諸多方式對月球開展了全月制圖、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、月壤特性、空間環(huán)境等歷史性探測。為實施載人登月計劃,美國先期實施了“徘徊者”(Ranger)、“勘測者”(Surveyor)和“月球軌道器”(Lunar Orbiter)等系列探測任務(wù),獲取了大量高清月球圖像,制作了大量地形地貌圖,并開展了大量月表載人著陸試驗,為“阿波羅”一系列載人登月任務(wù)的實施提供了堅實的技術(shù)支撐。“阿波羅”計劃成功執(zhí)行了6次12人登月任務(wù),獲取大量就位探測數(shù)據(jù)及381.7 kg月球樣品,在月球的地形地貌、表面環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、巖石組成與分布、起源與演化歷史等方面的科學(xué)認(rèn)識有了革命性的改變,奠定了迄今為止對月球的絕大多數(shù)科學(xué)認(rèn)識,是人類探索外太空的標(biāo)志性事件和人類文明發(fā)展的重要里程碑[13]。

圖1 月球探測任務(wù)Fig.1 Lunar exploration missions

在第二次月球探測高潮中,美國、歐洲、日本、印度等相繼成功發(fā)射了“克萊門汀”(Clementine)、月球勘探者(Lunar Prospector)、智慧一號(SMART-1)、“月亮女神”(SELENE)、月球勘測軌道飛行器(LRO)、“月船一號”(Channdrayaan 1)、月球大氣與塵埃環(huán)境探測器(LADEE)、月球重力回溯和內(nèi)部實驗室(GRAIL)等探測器,先后開展了全球性月球地形地貌調(diào)查、月球資源調(diào)查、月球空間環(huán)境調(diào)查、水以及極區(qū)水冰調(diào)查,為載人月球探測奏響了人類重返月球和建立月球基地的序曲。NASA于2004年制定了星座計劃的探測目標(biāo),計劃在2008～2014、2015～2020年間逐步開展無人月球探測和載人月球探測,2030年后以月球為跳板進(jìn)行載人火星探測。目前該計劃已經(jīng)執(zhí)行了月球勘察軌道器(LRO)、月球坑觀測和遙感衛(wèi)星(LCROSS)任務(wù)。2012年后逐步發(fā)展和試驗月球資源原位利用、發(fā)電和自主系統(tǒng)構(gòu)建所需技術(shù),為就位利用月球資源做準(zhǔn)備[14]。阿爾忒彌斯計劃是對星座計劃的部分繼承和LRO任務(wù)的延續(xù),該計劃力求實現(xiàn)“月球南極著陸”和“建立可持續(xù)月球基地”等更進(jìn)一步的月球探索[15]。2022年,NASA執(zhí)行了阿爾忒彌斯-1任務(wù),實現(xiàn)了為期25.5天的無人繞月飛行任務(wù)后返回地球,完成了“獵戶座”飛船和太空發(fā)射系統(tǒng)(SLS)的首次組合體飛行測試任務(wù)。2023年8月,“月船三號”探測器在月球上軟著陸,使印度成為首個在月球南極成功實施軟著陸的國家。

中國無人月球探測(嫦娥工程)分為“繞、落、回”三個階段,已經(jīng)順利完成衛(wèi)星繞月飛行對月球資源進(jìn)行宏觀探測、著陸器和巡視器勘查著陸區(qū)巖石與礦物成分及周圍環(huán)境、月面自動采樣返回任務(wù)[16]。

1.2 國內(nèi)外計劃開展的月球探測計劃

阿爾忒彌斯-2任務(wù)將執(zhí)行載人月球飛行測試,阿爾忒彌斯-3任務(wù)將實現(xiàn)載人登陸月球南極,之后持續(xù)探測月球并籌備前往火星。阿爾忒彌斯計劃不會重復(fù)阿波羅計劃的探測內(nèi)容,重點是進(jìn)行月球資源的原位開發(fā)和利用,主要任務(wù)包括:勘測月球地形和地質(zhì),尋找水和礦產(chǎn)資源,建造月球基地相關(guān)的電力供應(yīng)、通訊設(shè)施、采礦設(shè)備、基地建筑等[17]。

中國探月工程四期將構(gòu)建月球科研站基本型,實現(xiàn)月球演化考古、巡天揭秘宇宙演化、日地全景環(huán)境觀測、月面植物及生態(tài)科學(xué)實驗等目標(biāo),目前具體方案處于論證立項階段。

進(jìn)入新世紀(jì)以來,月球在人類開發(fā)利用太空和進(jìn)軍深空中的地位日益凸顯,正成為航天大國戰(zhàn)略角逐的制高點,歐、日、印、中等相繼發(fā)布了未來無人月球探測計劃,如表1所示。

表1 未來無人月球探測任務(wù)和目標(biāo)Table 1 Future lunar exploration plans and objectives

通過對以上月球相關(guān)探測計劃的分析[18-19],國際月球探測呈現(xiàn)以下趨勢:1)未來月球探測重點從掌握技術(shù)逐步轉(zhuǎn)向科學(xué)探測和資源勘查與開發(fā)利用;2)未來月球探測模式從短期探測向長期駐留轉(zhuǎn)變;3)未來月球探測區(qū)域逐漸聚焦于資源富集區(qū)和月球南極;4)國際合作是月球探測的大趨勢,由于月球探測技術(shù)難度大、風(fēng)險高、投入大,通過國際合作,分擔(dān)經(jīng)費(fèi)和風(fēng)險,共享成果和發(fā)展。

1.3 國際上關(guān)注的前沿科學(xué)問題

通過對國內(nèi)外未來月球探測計劃和探測目標(biāo)的分析,總結(jié)出國際上普遍關(guān)注的前沿科學(xué)問題主要圍繞月球科學(xué)研究、月基科學(xué)研究和資源勘查利用3個方面。

月球科學(xué)研究前沿科學(xué)問題主要包括月球起源問題涉及的撞擊過程、撞擊體特性、巖漿洋的深度、固化的時間、礦物的結(jié)晶序列、巖漿洋固化后期是否發(fā)生重力失衡而翻轉(zhuǎn)、月球正面-背面差異的產(chǎn)生機(jī)制、月球的內(nèi)部物質(zhì)組成均一性等;月球內(nèi)動力演化問題涉及的月球內(nèi)部各圈層的厚度及其可能在橫向上的變化、月球是否曾經(jīng)存在偶極磁場、磁場強(qiáng)度及其存續(xù)時間、月球自固化以來的巖漿活動歷史、火山碎屑巖的分布與噴發(fā)機(jī)制以及玄武巖熔巖的結(jié)晶過程等[20-26];月球外動力演化問題涉及的小天體撞擊通量和撞擊體類型分布隨時間的變化,重大撞擊事件的時間、以及風(fēng)暴洋的成因、月壤的太空風(fēng)化機(jī)制及其對光譜的影響、注入月壤顆粒中太陽風(fēng)和地球風(fēng)的組成及其隨時間的變化、以及月表的輻射特性等重要科學(xué)問題[27];月球水和揮發(fā)分問題涉及的月球深部或早期是否存在大量的水和揮發(fā)分、小行星和彗星撞擊如何影響水和揮發(fā)分的含量和分布、淺層水和揮發(fā)分分布和賦存、永久陰影區(qū)的水資源如何分布等[28]。

月基科學(xué)研究前沿科學(xué)問題主要包括月基觀測與物理實驗研究涉及的宇宙早期演化歷史、太陽/恒星磁活動的精細(xì)物理過程、日冕加熱的本質(zhì)、太陽爆發(fā)活動的物理機(jī)制、恒星磁活動與系外行星是否具有宜居性、月基觀測固體地球宏觀運(yùn)動、月球低重力條件下應(yīng)用物理和基礎(chǔ)物理的現(xiàn)象及機(jī)制等;月球環(huán)境生命科學(xué)研究涉及的地球生命對月面輻射環(huán)境、月面亞磁環(huán)境和低/變重力等環(huán)境的適應(yīng)性響應(yīng)機(jī)制等[29]。

月球資源勘查利用前沿科學(xué)問題主要包括月球礦產(chǎn)資源勘查與開發(fā)涉及的潛在資源靶區(qū)的圈定、礦石的物質(zhì)組成、元素的賦存狀態(tài)和礦產(chǎn)開發(fā)技術(shù)驗證等;月面資源原位利用涉及的溫差發(fā)電、月球水冰資源的提取、月球水冰存儲和利用技術(shù)的驗證等[30]。

1.4 國內(nèi)外月球探測啟示

通過對比國內(nèi)外月球探測計劃、梳理前沿科學(xué)問題,給載人月球科學(xué)與應(yīng)用目標(biāo)論證帶來如下啟示:

1)載人月球探測任務(wù)應(yīng)該立足于國情和歷史現(xiàn)狀,搶抓機(jī)遇,制定特色鮮明、成果顯著的科學(xué)與應(yīng)用目標(biāo);

2)應(yīng)加快載人月球探測步伐,搶占月球探測和月球資源開發(fā)利用發(fā)展先機(jī);

3)載人月球探測可利用航天員在月面采集種類更典型、地質(zhì)年齡更年輕或更古老、面積更廣、取樣更深的月球樣品,并通過布設(shè)電、磁、熱、震等精密地球物理儀器設(shè)備,獲取精細(xì)探測數(shù)據(jù),以突破已有探測方式的局限性;

4)航天員利用獨特的高真空、強(qiáng)輻射、大溫差、弱磁場、低重力、低頻射電、高穩(wěn)定等月球空間環(huán)境和位置資源,開展地外基礎(chǔ)學(xué)科和應(yīng)用實驗以及月基觀測,將突破人類對空間生物學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)、地球科學(xué)與天文學(xué)等的認(rèn)知;

5)載人月球探測將為人類長期月面生存和月球資源開發(fā)利用提供關(guān)鍵技術(shù)驗證,為建立月面科考站和未來載人深空探測提供技術(shù)支撐。

2 載人月球探測科學(xué)與應(yīng)用目標(biāo)

2.1 科學(xué)與應(yīng)用總目標(biāo)

瞄準(zhǔn)月球前沿?zé)狳c科學(xué)與應(yīng)用問題,充分發(fā)揮載人月球探測的特點和人在月球探測任務(wù)中的優(yōu)勢,系統(tǒng)持續(xù)開展科學(xué)考察、月球資源開發(fā)及相關(guān)技術(shù)試驗。面向科學(xué)前沿,在月球科學(xué)、月面環(huán)境和地月系統(tǒng)起源與演化方面取得突破性成果;開展月基實驗,在人類月面生存與防護(hù)、低重力物理、特色月基天文等方面取得顯著進(jìn)展;驗證關(guān)鍵技術(shù),為逐步實現(xiàn)月球資源開發(fā)與利用打下堅實基礎(chǔ)。

2.2 科學(xué)與應(yīng)用頂層和具體目標(biāo)

提出載人月球探測科學(xué)與應(yīng)用目標(biāo)體系,涉及月球科學(xué)研究、月基科學(xué)研究和資源勘查利用3大方向,包括9個頂層目標(biāo)和38個具體目標(biāo),具體內(nèi)容見圖2。

圖2 載人月球探測科學(xué)與應(yīng)用目標(biāo)體系Fig.2 Scientific and utilization objectives of manned lunar exploration

3 基于科學(xué)需求的載人月球探測著陸區(qū)選址建議

著陸區(qū)選址的本質(zhì)上是為科學(xué)目標(biāo)服務(wù)的一項工作,在載人登月工程實施層面,著陸區(qū)選址是工程約束與科學(xué)需求相互迭代的復(fù)雜過程,涉及科學(xué)研究與應(yīng)用價值分析、科學(xué)目標(biāo)的著陸區(qū)需求分析、飛行器約束條件分析、月面駐留與活動支持能力分析等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.1 載人月球探測著陸區(qū)選擇現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

阿波羅計劃中的載人登月著陸點全部處于北緯26.11°至南緯8.60°以內(nèi)、西經(jīng)23.45°至東經(jīng)30.80°之間的月球正面低緯度的中心區(qū)域,如圖3所示。這是因為月球正面中低緯度的中心區(qū)域著陸技術(shù)難度最小。隨著月球著陸技術(shù)的進(jìn)步,月球著陸區(qū)的選擇范圍也隨之?dāng)U大,從阿波羅計劃初期的0度附近逐漸擴(kuò)展到北緯45°以上區(qū)域[1,30],同時著陸場的地形也越來越復(fù)雜,從平坦的月海平原逐漸擴(kuò)大到月海和高地的邊界,并進(jìn)一步擴(kuò)展到地形崎嶇的高地[31]。

圖3 阿波羅載人登月著陸區(qū)分布Fig.3 Distribution of Apollo manned lunar landing sites

NASA在星座計劃中充分吸取阿波羅計劃的經(jīng)驗,更注重可持續(xù)性發(fā)展[32-33],對載人登月著陸區(qū)選擇也相應(yīng)提出了與過去不同的要求,即強(qiáng)調(diào)對資源的勘探和未來航天員在月面長期居住的可能性[34]。近期,NASA公布了2023年即將發(fā)射的極區(qū)揮發(fā)分探測月球車(VIPER)著陸區(qū)。該月球車為阿爾忒彌斯計劃的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,目的是探測月球極區(qū)的資源,為后續(xù)載人登月做支撐。選擇的著陸區(qū)為月球南極Nobile撞擊坑以西,該區(qū)域地形相對平坦,容易著陸,且科學(xué)探測價值和水冰資源利用價值較高[35]。

可見未來載人月球探測著陸區(qū)選擇有以下幾個方面的趨勢:

1)隨著月面移動設(shè)施機(jī)動能力的提升,未來載人月球探測范圍將從“公里級”向上逐步擴(kuò)大;

2)載人月球探測目標(biāo)逐步由“登月”向“駐月”轉(zhuǎn)變;

3)兩極地區(qū)和月球背面是未來載人月球著陸區(qū)選擇的重點關(guān)注區(qū)域。

3.2 載人月球探測著陸區(qū)選擇的基本原則

調(diào)研國內(nèi)外月球探測任務(wù)的著陸區(qū)選擇背景、原則、流程等,總結(jié)國內(nèi)外月球探測著陸區(qū)選擇的經(jīng)驗[36-39],載人月球探測著陸區(qū)選擇包括兩條基本原則:

3.2.1科學(xué)價值最大化

選擇的著陸區(qū)應(yīng)具有突出的科學(xué)價值[40],如:著陸區(qū)是否有望解決月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與過程、表面組成與地質(zhì)活動、月球演化歷史等月球科學(xué)關(guān)鍵問題;著陸區(qū)是否滿足開展月基科學(xué)研究(月基天文觀測、月面實驗、對地觀測等)的需求;著陸區(qū)是否有利于開展資源利用,支撐航天員的月面活動。具體考慮的科學(xué)價值要素主要包括:

1)月球科學(xué)研究:月球科學(xué)涉及解釋月球形成過程、理解月球內(nèi)動力演化機(jī)制、揭示月球外動力演化歷史、確定月球水和揮發(fā)分的分布與來源、深入理解月表特殊環(huán)境等。總體而言,月球科學(xué)研究對著陸區(qū)的需求包括:備選著陸區(qū)應(yīng)盡可能位于月海/高地的接觸地帶,地質(zhì)單元多樣,巖石類型豐富,能采集到更多不同種類的樣品;或著陸區(qū)位于多環(huán)盆地的附近和內(nèi)部,有利于進(jìn)行月表下的結(jié)構(gòu)研究(可能也是淺層月震中心的附近);或著陸區(qū)位于構(gòu)造類型豐富多樣的區(qū)域,有利于進(jìn)行月殼和月幔的地震研究;或著陸區(qū)位于磁場異常區(qū),或不同年代月海玄武巖巖漿流完整的區(qū)域,有利于進(jìn)行古地磁研究;或著陸區(qū)遠(yuǎn)離月海和高地交界地帶,有利于進(jìn)行熱流地球物理研究等。

2)月基科學(xué)研究:包括開展月基觀測與物理研究、開展生命科學(xué)與人體研究等內(nèi)容。針對天文觀測,InSAR觀測傾向于中低緯度區(qū)域、恒星磁與行星宜居性傾向于中高緯度或極區(qū)、逆VLBI傾向于中高緯度區(qū)域。月球表面的高真空、低重力、強(qiáng)輻射環(huán)境可滿足月基物理實驗研究的需求。對于生命科學(xué)與人體研究方面的內(nèi)容,主要著重于安全和維持正常的生命活動。但以上研究均要求地形平坦,便于架設(shè)設(shè)備。

3)資源勘查利用:從月球資源利用的角度出發(fā),著陸區(qū)選取應(yīng)基于月球資源利用的潛力來確定。具體包括:玄武巖資源、KREEP資源、水冰和揮發(fā)分資源、火山碎屑資源、月壤資源等。玄武巖中的鈦鐵礦可以用于開展月面制水和生產(chǎn)氧氣,高鈦月海地區(qū)有利于進(jìn)行氧提取和制水處理;KREEP巖石中含有豐富的稀土元素資源;水冰和揮發(fā)分主要分布于月球極區(qū),可用于提取水、氧氣和氫等資源;火山碎屑中含有一定量的S、Zn、Cu等資源;月壤含有豐富的氦資源,月壤成熟度越高,資源越豐富。為滿足月球礦產(chǎn)資源勘查與開發(fā)、月面資源原位利用等方面的需求,著陸區(qū)應(yīng)分布豐富的資源,且滿足后期勘查利用的條件。

3.2.2工程安全可行

在現(xiàn)有技術(shù)水平前提下,選取的載人月球探測著陸區(qū)需具備適宜的地形地貌、溫度、光照、輻射等環(huán)境,以滿足著陸安全性、測控通信、航天員月面活動、月球車月面巡視、能源供應(yīng)等條件[41-44]。具體而言,著陸區(qū)選擇考慮的工程安全要素主要包括:

1)地形平坦:要求著陸區(qū)地形平緩,坡度較緩,撞擊坑稀疏,大巖塊分布少;

2)光照充足:具有良好的光照條件,能保障太陽能能源的供應(yīng);

3)滿足探測軌道需求:利于探測器安全降落月球,并滿足從月球返回地球的軌道設(shè)計;

4)避開高山和深坑:有利于探測器安全降落,月面活動以及地月之間的通信和測控。

3.3 載人月球探測著陸區(qū)選擇流程

通過調(diào)研國內(nèi)外月球探測著陸區(qū)選擇的論證過程及流程[45-48],制定了載人月球探測著陸區(qū)選擇的流程(見圖4),分4個階段開展工作:著陸區(qū)“海選”、著陸區(qū)初選、著陸區(qū)精選和著陸區(qū)建議。各階段具體內(nèi)容包括:

圖4 著陸區(qū)選擇流程示意圖Fig.4 Schematic diagram of landing site selection process

1)著陸區(qū)海選階段:通過調(diào)研阿波羅載人月球探測任務(wù)、星座計劃、嫦娥工程等開展著陸區(qū)選擇的過程及結(jié)果,圍繞探測任務(wù)需求,梳理國內(nèi)外月球探測重點關(guān)注的著陸區(qū),并結(jié)合科學(xué)家提出的月球探測著陸區(qū)選擇意見,獲得載人月球探測的海選著陸區(qū)結(jié)果。

2)著陸區(qū)初選階段:針對“海選”獲得的著陸區(qū),通過與月球地質(zhì)、月球物理、天文觀測、對地觀測月球資源利用等研究領(lǐng)域的專家進(jìn)行著陸區(qū)研討,實現(xiàn)著陸區(qū)初選。

3)著陸區(qū)精選階段:對初選著陸區(qū)進(jìn)行科學(xué)價值評估,并開展影響工程探測的月面因素(如:地形地貌、構(gòu)造、光照條件等)分析,將整個月球劃分網(wǎng)格單元,利用證據(jù)權(quán)和分形相結(jié)合的方法實現(xiàn)著陸區(qū)精選[49]。

4)著陸區(qū)建議階段:針對精選的著陸區(qū),進(jìn)一步開展科學(xué)目標(biāo)和工程迭代,進(jìn)行著陸區(qū)的篩選、調(diào)整和排序,提出基于科學(xué)需求的載人月球探測備選著陸區(qū)建議。

3.4 著陸區(qū)初選

調(diào)研國際上規(guī)劃的67個月球探測著陸區(qū)和國內(nèi)征集獲得的39個著陸區(qū),共計106個著陸區(qū)作為載人月球探測著陸區(qū)的“海選”結(jié)果。

針對“海選”著陸區(qū),排除其中具有與已有探測點較近、位置重復(fù)、科學(xué)價值不突出等特點的著陸區(qū),首輪初選獲得了68個著陸區(qū)。通過與不同研究領(lǐng)域?qū)＜业膹V泛研討與交流,充分考慮各研究領(lǐng)域?qū)χ憛^(qū)的實際需求,對已有的68個區(qū)域進(jìn)行整合:對于具有同一種地質(zhì)現(xiàn)象的著陸區(qū),選取相對典型的區(qū)域;對于分布于同一地質(zhì)單元內(nèi)的著陸區(qū),選取綜合價值較高的區(qū)域。遴選后獲得了50個初選著陸區(qū),包括22個赤道至低緯度(0～20°)著陸區(qū)、18個中高緯度(20°～60°)著陸區(qū)和10個極區(qū)(>60°)著陸區(qū),如圖5所示。

圖5 載人月球探測50個初選著陸區(qū)分布Fig.5 Distribution of 50 primary selected landing sites for manned lunar exploration

3.5 著陸區(qū)精選結(jié)果

針對50個初選著陸區(qū)的地質(zhì)背景、巖石/資源/地球物理特點、地形地貌、構(gòu)造、熔巖管道和實時光照等進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,構(gòu)建了初選著陸區(qū)的特征數(shù)據(jù)庫,充分考慮50個初選著陸區(qū)的區(qū)域特點、探測條件、潛在價值等因素,對存在同一地質(zhì)現(xiàn)象的區(qū)域進(jìn)行整合,剔除了地形地貌復(fù)雜、現(xiàn)階段探測條件明顯難度較大的區(qū)域,并進(jìn)一步剔除了在50個著陸區(qū)中探測價值相對較弱的區(qū)域,獲得了30個覆蓋全月面的精選著陸區(qū),詳細(xì)信息如表2所示。

表2 載人月球探測30個精選著陸區(qū)及其特征Table 2 Characteristics of 30 selected landing sites for manned lunar exploration

3.6 后續(xù)著陸區(qū)選址建議思考

在精選著陸區(qū)基礎(chǔ)上,進(jìn)一步篩選載人月球探測任務(wù)著陸區(qū),后續(xù)需考慮以下因素:歸納整合精選著陸區(qū)的構(gòu)造種類、巖石類型、資源豐富程度、地球物理特點等,并結(jié)合月球科學(xué)研究、月基科學(xué)研究和資源勘查利用3個方向的科學(xué)目標(biāo),分析各精選著陸區(qū)對科學(xué)目標(biāo)的支撐情況;考慮首次載人登月任務(wù)的區(qū)域探測安全性需求;分析載人飛船和著陸器的發(fā)射資源;分析科學(xué)研究與應(yīng)用載荷配置能力和物資上下行資源,使得備選著陸區(qū)能夠保證任務(wù)期間的科學(xué)產(chǎn)出效率和價值。

4 結(jié)束語

載人月球探測任務(wù)科學(xué)與應(yīng)用目標(biāo)是任務(wù)創(chuàng)新性、前瞻性的體現(xiàn),需結(jié)合不同任務(wù)場景特點,充分發(fā)揮載人月球探測任務(wù)優(yōu)勢。結(jié)合現(xiàn)階段我國載人航天與月球探測工程已有成果及技術(shù)能力,提出了符合國家發(fā)展戰(zhàn)略,對人類進(jìn)步有重大貢獻(xiàn),能夠彰顯國家形象與科技實力,且能滿足載人登月和月面科考不同階段的、具有延續(xù)性的載人月球探測科學(xué)目標(biāo)。預(yù)期能夠加深人類對月球、地月系統(tǒng)以及太陽系的認(rèn)識;促進(jìn)月基物理和觀測等領(lǐng)域的科學(xué)與技術(shù)發(fā)展;探索人在地外天體和深空的生存方式、生存能力和生理心理變化,逐步實現(xiàn)人類月面長期生存;獲得月球資源利用的知識和經(jīng)驗,驗證相關(guān)關(guān)鍵技術(shù),為更長遠(yuǎn)的載人深空探測奠定基礎(chǔ)。

圍繞提出的載人月球探測科學(xué)目標(biāo)和探測需求,在調(diào)研國內(nèi)外月球探測著陸區(qū)選擇基礎(chǔ)上,制定了載人月球探測著陸區(qū)海選、著陸區(qū)初選、著陸區(qū)精選和著陸區(qū)建議4個階段的選址方案,提出了30個精選著陸區(qū),并給出了后續(xù)確定載人月球探測任務(wù)地址需考慮的因素。載人月球探測未來將向大范圍移動實驗室、短期有人值守的月面實驗室和長期無人智慧運(yùn)行的月球科考站等方面發(fā)展,未來任務(wù)的著陸區(qū)和科考站的選址將從地形平坦、地質(zhì)單元多樣、地質(zhì)現(xiàn)象豐富等特點,逐步向融合礦產(chǎn)豐富、資源可用率高、可長距離探測等多因素發(fā)展。

月球探測是一項長期的、持續(xù)性的工作,載人月球探測任務(wù)將在無人探月任務(wù)的基礎(chǔ)上,充分發(fā)揮有人參與的月面探測和實驗驗證的任務(wù)優(yōu)勢,在科學(xué)目標(biāo)指引下,在空間科學(xué)若干重要領(lǐng)域方向做出具有世界先進(jìn)水平的科技成果,力爭形成更好的科技產(chǎn)出,并為建立月面科考站和未來載人深空探測提供技術(shù)支撐。