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如果太空是一片浩瀚的海洋，那么月球就是離人類(lèi)最近的島嶼。想出海，就必須先踏足這座島嶼
記者/蔡如鵬
“嫦娥一號”工程的核心就是為了實(shí)現從地球到月球的星際飛行。月球探測工程是中國頭一次飛離地球，對地外星體進(jìn)行探測。
人類(lèi)第一次對月球表面進(jìn)行全月面三維立體照相
中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所研究員歐陽(yáng)自遠院士，是“嫦娥工程”月球應用科學(xué)首席科學(xué)家。他在接受《新京報》采訪(fǎng)時(shí)回憶，2004年1月國務(wù)院正式批準繞月探測工程立項，此前“整整醞釀了10年”。這期間，爭議最大的就是“上月球干什么”。
1997年香港回歸前夕，有人提出利用運載火箭往月球上發(fā)射一個(gè)象征中國的鐵質(zhì)標志，永遠將其“烙”在月球上，以揚國威、鼓志氣。一些學(xué)者甚至向中央打了申請報告，計劃在香港回歸前完成發(fā)射任務(wù)。這個(gè)設想當時(shí)在科學(xué)界引發(fā)巨大爭議。
“這完全是從政治角度考慮的，基本上沒(méi)有什么科學(xué)研究?jì)r(jià)值。所以當報告打到中央后，被時(shí)任國務(wù)院總理的李鵬同志否決了�！睔W陽(yáng)自遠說(shuō)。
這次“嫦娥一號”明確提出了四項科學(xué)目標：
獲取月球表面三維影像；
分析月球表面有用元素含量和物質(zhì)類(lèi)型的分布特點(diǎn)；
探測月壤特性；
探測地球至月球的空間環(huán)境。
與上世紀六七十年代蘇聯(lián)和美國探月相比，這次“嫦娥一號”探月除了一些必要的重復性、確認性的探測內容外，將是人類(lèi)第一次對月球表面進(jìn)行全月面三維立體照相。
國家天文臺研究員李競評價(jià)說(shuō)，月球表面影像“從二維到三維，完全不一樣。三維立體照相用處很大，對將來(lái)進(jìn)一步探月，都是重要的基礎建設�！�
繞月探測工程衛星系統副總設計師孫輝先透露，“嫦娥一號”將利用月球的自轉完成對整個(gè)月面的覆蓋觀(guān)測，分辨率在120米左右。
“盡管人類(lèi)已經(jīng)向月球發(fā)射了近百個(gè)探測器，但仍有不少基本的問(wèn)題沒(méi)有定論�！北本┐髮W(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授焦維新說(shuō)，比如月球上最高的山有多高，有說(shuō)八千米的，有說(shuō)七千米的，有說(shuō)五六千米的，相差很大。
為了完成四項科學(xué)目標，“嫦娥一號”上搭載了6套24件科學(xué)探測儀器(也稱(chēng)有效載荷)，包括CCD立體相機、激光高度計、成像光譜儀、伽馬/X射線(xiàn)譜儀、微波探測儀、太陽(yáng)高能粒子探測器和低能離子探測器等。
CCD立體相機，是拍攝月球表面三維影像的專(zhuān)用相機，在中國屬首次使用；
伽馬/X射線(xiàn)譜儀用于探測月球表面元素；
微波探測儀除用于獲取月壤厚度信息外，還能給出月球背面的亮度溫度圖和月球兩極地面的信息。
這些探測儀器“總的來(lái)說(shuō)，與國際上當前同類(lèi)儀器的研制水平相當”，孫輝先說(shuō)，有些方面還有創(chuàng )新，比如這次“使用的伽馬/X射線(xiàn)譜儀探測的分辨率和靈敏度，比國際上以往月球探測中使用的同類(lèi)儀器要高，所以可能探測到更多的元素�！�
與日本9月14日發(fā)射的“月亮女神”探測器相比，孫輝先認為，兩者的探測目標互補。 “月亮女神”除主星外還有兩個(gè)小衛星，是一箭三星，探測月表元素、礦物、月球空間環(huán)境等目標，與“嫦娥一號”相近，但“嫦娥一號”有探測月壤厚度的目標，“月亮女神”沒(méi)有;“月亮女神”有探測月球結構的目標，“嫦娥一號”沒(méi)有。
如果控制不好，就會(huì )出現撞擊月球或飛離月球的可能
與中國已發(fā)射的近百顆人造衛星和六艘飛船相比，“嫦娥一號”將飛得更遠、更快。它的目的地是距地球38.4萬(wàn)公里之遙的月球，而“神舟”飛船的軌道離地面只有300多公里。
焦維新教授告訴記者：“在探月工程之前，中國把衛星送至的最遠距離大約是7萬(wàn)公里�！�
飛得越遠，需要擺脫的地球引力束縛越大。根據物理學(xué)家的計算，要想把一個(gè)物體發(fā)射到太空中，至少要達到2.8萬(wàn)公里的時(shí)速(即第一宇宙速度7.9公里/秒)才能進(jìn)入近地軌道。
“嫦娥一號”雖然仍沒(méi)有完全擺脫地球引力的束縛，但它需要從近地軌道轉移至環(huán)月軌道，因此，在太空中飛行的最高速度也要大大超過(guò)所有的近地衛星。
據繞月探測工程衛星系統副總設計師孫澤洲透露，“嫦娥一號”在地月轉移軌道入口的速度會(huì )達到10.9公里/秒左右。
“衛星從地球往月球轉移的軌道，稱(chēng)之為地月轉移軌道�！苯咕S新教授解釋說(shuō)——“嫦娥一號”發(fā)射后，先進(jìn)入距離地面200公里的停泊軌道，圍繞地球旋轉，然后，等待時(shí)機加速轉入地月轉移軌道。最后，達到月球附近時(shí)，減速切入環(huán)月軌道，執行對月球的探測任務(wù)。
在進(jìn)入環(huán)月軌道前，“嫦娥一號”需要進(jìn)行9至10次的變軌。其中最為關(guān)鍵的是進(jìn)入地月轉移軌道時(shí)的變軌，以及進(jìn)入環(huán)月軌道時(shí)的變軌。
這兩次變軌均具有短暫性和惟一性的特點(diǎn)。如果控制不好，就會(huì )出現撞擊月球或飛離月球的可能。因為，“嫦娥一號”的飛行路線(xiàn)并不是一條直線(xiàn)，所以它的飛行距離遠不止38.4萬(wàn)公里。在這樣漫長(cháng)、復雜的太空旅程中，軌道的設計以及途中對火箭和衛星的控制、測量都是需要面對的難關(guān)。
“火箭與衛星在飛行當中必須有一個(gè)參考系，就像船在大海航行，必須有個(gè)燈塔指令航程，所以飛行過(guò)程中需要很多的參考機制，這些都是控制上的問(wèn)題�！敝袊茖W(xué)院院士、中國運載火箭技術(shù)研究院火箭彈道設計專(zhuān)家余夢(mèng)倫說(shuō)。
上世紀六七十年代，美國“阿波羅”載人飛船在軌道設計時(shí)，從宇航員保障考慮，盡量縮短行程的時(shí)間，來(lái)回只用了8天3小時(shí)18分鐘，焦維新介紹說(shuō)。
這次“嫦娥一號”在軌道設計上，對時(shí)間的考慮則顯得從容得多�！帮w到月球附近需要10至12天�！崩@月探測工程衛星系統副總設計師孫澤洲說(shuō)。
談到與阿波羅計劃的區別，焦維新說(shuō):“雖然軌道大同小異，但我們(指‘嫦娥一號’衛星)不是進(jìn)入停泊軌道以后就直接加速進(jìn)入地月轉移軌道，還要經(jīng)過(guò)幾個(gè)大橢圓軌道，等待最佳變軌時(shí)機，這樣既便于控制，又可以節省燃料�！�
他進(jìn)一步解釋說(shuō)，衛星在停泊軌道的速度大約是7.7公里/秒，如果一下子加大到進(jìn)入地月軌道時(shí)所需的10.9公里/秒，速度的增幅過(guò)大，控制難度較大。但通過(guò)多次加速，經(jīng)過(guò)幾個(gè)大橢圓軌道，每次速度提高一點(diǎn)，便于控制。同時(shí)，選擇最佳時(shí)機變軌，可以盡量減少對衛星速度的調節次數，降低能量的消耗。
除了軌道設計和控制系統之外，余夢(mèng)倫指出，衛星是否適應此前沒(méi)有遇到過(guò)的深空環(huán)境以及實(shí)現長(cháng)距離的通訊，都是將要面臨的考驗。
月球上有很多礦產(chǎn)資源，特別是月壤中的氦-3
“嫦娥一號”完成繞月探測任務(wù)后，中國的探月工程將展開(kāi)新的目標�！秶抑虚L(cháng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規劃綱要(2006-2020年)》中，月球探測工程被設想為三期，簡(jiǎn)稱(chēng)為“繞、落、回”三步，2020年前后完成。
但載人登月尚未列入計劃之中。
第二步為“落”，即發(fā)射月球軟著(zhù)陸器，并攜帶月球巡視勘察器(俗稱(chēng)月球車(chē))，在著(zhù)陸器落區附近進(jìn)行就位探測，這一階段將主要突破在地外天體上實(shí)施軟著(zhù)陸技術(shù)和自動(dòng)巡視勘測技術(shù)。
第三步為“回”，即發(fā)射月球采樣返回器，軟著(zhù)陸在月球表面特定區域，并進(jìn)行分析采樣，然后將月球樣品帶回地球，在地面上對樣品進(jìn)行詳細研究。這一步將主要突破返回器自地外天體自動(dòng)返回地球的技術(shù)。
這三個(gè)階段的關(guān)系是遞進(jìn)銜接，每一步都對前一步深化，并為下一步奠定基礎�！袄@”是全球性、整體性與綜合普查；“落”是區域性精細就位分析；“回”是樣品返回地面后的試驗室精準分析。
中國的探月工程也把目標直接指向了月球上的資源。中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所研究員歐陽(yáng)自遠院士多次表示，月球上有很多礦產(chǎn)資源，特別是月壤中的氦-3，是地球上稀有的核聚變燃料。而“嫦娥一號”的任務(wù)之一就是探測月壤特性。
也有科學(xué)家認為探月計劃的目標不宜定位為月球資源開(kāi)發(fā)，首先要考慮成本，現在地面上的氘和氚資源很豐富，電解后就可以使用，到月球上開(kāi)發(fā)氦-3缺乏可行性論證。
但爭議無(wú)法阻止人類(lèi)探月的腳步。焦維新的這段話(huà)或許說(shuō)明了其中的緣由：“如果太空是一片浩瀚的海洋，那么月球就是離我們最近的島嶼。想出海，怎么能不先踏足這座島嶼呢？”
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