“嫦娥二号”探月工程中的地理问题

浙江省衢州第二中学（324000） 金子兴

“嫦娥二号”探月工程中的地理问题

浙江省衢州第二中学（324000） 金子兴

共和国迎来第六十一个生日之际，万众瞩目的“嫦娥二号”腾空而起，直飞月球。与首次奔月的“嫦娥一号”相比，“嫦娥二号”首次运用火箭将卫星直接送入地月转移轨道，进入工作轨道时间更快、测量精度更高、试验项目更多，绕月飞行轨道高度由200公里降至100公里，离月球更近了。

探月工程实际上与我们每个人的生活都息息相关。美国领先于世界的信息、生物、新材料等高新技术，很大部分来自对“阿波罗”工程技术的消化、优化和二次开发。我国探月工程所带动的基础科学和高新技术的进步，也会对经济发展发挥牵引和推动作用。

同时，月球上特有的能源和矿产，也是对地球资源的重要补充和储备。氦的同位素氦－3，能在核聚变反应中释放巨大能量，而且几乎不产生放射性污染，被认为是21世纪人类社会的完美能源。月球上就存在大量的氦－3。据初步估算，月球上蕴藏的氦－3大约为100万吨到500万吨，可供人类使用一万年以上。

另外，由于月球上太阳辐射强，每年可产生12亿千瓦的能量，因此，在月球建立太阳能发电站也可能成为人类获取新能源的途径之一。

探月工程月球应用科学首席科学家严俊说，探月工程的实施，还激发了很多年轻人探索科学、探索宇宙的热情。探月工程，从中学地理的角度上看，可以在哪些方面激发学生的学习热潮呢？

一、从选择发射地点分析影响发射条件的区位因素

影响发射条件的区位因素有很多，从地理角度上看，选择西昌作为“嫦娥”的“娘家”，是因为这里有得天独厚的地理和自然条件：年平均气温18 摄氏度，是全国气候变化最小的地区之一，日照多达320天，几乎没有雾天，试验周期和允许发射的时间较多；纬度低( 28．2°N)，海拔高(1500米)，可充分利用地球自转的离心力，又可缩短地面到卫星轨道的距离，从而节省火箭的有效负荷；峡谷地形好，地质结构坚实，有利于发射场的总体布局。

二、从嫦娥公转轨道看轨道的形状、速度与方向

“嫦娥二号”的轨道：是一个近地点高度212．8公里、远地点高度356996公里km，轨道倾角28．5度的地月转移轨道，向东南方向绕地球公转，以直航航线奔向月球（如图1）。

图1

“嫦娥一号”的轨道：在绕地球公转过程中经过三次变轨后再奔向月球的近月轨道（如图2）

图2

从公转线速度出发，卫星在绕地（月）公转过程中，公转线速度与离地（月）距离成反比，离地（月）球越近，公转速度越快。

例1：“嫦娥二号”与“一号”相比，近月轨道降低到100km，则其线速度与“一号”相比将如何变化？为什么？

例2：读图3，比较“嫦娥二号”绕月飞行的线速度大小（VA、VB、VC）?

分析：“二号”与“一号”相比，近月轨道离月球更近，公转的线速度就越快。这是因为公转的线速度与离月球的距离成反比。第二题同理。

从轨道出发，首先二者有不同之处：“嫦娥二号”与“一号”相比最大的不同是直航航线，而“一号”是通过三次变轨才奔向月球；在绕月轨道中，“嫦娥二号”又比“一号”近了100km；在绕月极地轨道公转方向上，“二号”是逆时针，而“一号”是顺时针。

其次，因为“嫦娥二号”地月转移轨道与地球赤道平面成28．5角，这样“嫦娥二号”从西昌发射升空后，沿着东南方向从28．5°N 至28．5°S之间移动。这样在不同纬度地带，借助科技手段在地面上观察“嫦娥二号”看到的角度就有不同，其角度类似于正午太阳高度角的季节变化。

例3：下列哪个地区“嫦娥二号”肯定飞不到其天顶？

A． 珠江三角洲 B． 鄱阳湖平原

C． 冰岛 D． 亚马孙河平原

分析：A、B、D位于28．5°N 至28．5°S之间，嫦娥二号就有可能位于其天顶，冰岛纬度高，二号就没有机会到达其天顶的可能。

例4：在2日凌晨4时33分“嫦娥二号”到达青岛（36°N，120°E）上空，它从“远望六号（Y6）”船的手中接到测控接力棒。读图4，试判断它在青岛哪个方向升起并求在青岛上空可能的高度角范围？

分析：青岛是在远望6号的手中按过测控接力棒的，而远望六号在图中位于青岛的东南方向，据此，可以判定“嫦娥二号”此时位于青岛的东南方向。“嫦娥二号”最北位于28．5°N，最南位于28．5°S，这样其在青岛上空升起时最大角与最小角可能分别是82．5°与25．5°。

三、从测控站的地理分布看“日凌”现象

图3

这次“嫦娥二号”卫星发射，西安测控中心、喀什测控站和青岛测控站、厦门测控站等国内测控站，都会和执行其他发射任务一样全时进行测控。为了确保这次发射任务中的测控不间断、无间隙，测控系统还启用了国外的测控站，一个是租用欧洲太空局的辅助站，另外是我国自主在智利建造的测控站（如图4）。

图4

从空间上看，为了实现不间断连续观察，这些测控站绝大部分分布在南北28．5°之间。在地面上布置这么多的测控站，一是因为测控站控制的范围有限，二是可以避免“日凌”现象的影响。

“日凌”现象是指太阳、卫星和地面站的数据接收天线恰巧在一条直线上，太阳产生的强大的电滋波将干扰地面站的天线接收卫星信号，导致卫星接收系统接受到的信号质量下降甚至中断。一年中，日凌现象影响的时间段在春秋分日前后，就同纬度地区而言，受“日凌”现象影响的地区在地表的移动方向是自西向东，在不同纬度地区而言，春分日前后表现为向北而南移动，在秋分日前后而言，表现为自南向北移动。为了克服“日凌”现象，一是提前预报，重要通讯避开日凌；二是多颗卫星、多个地表接收站同时工作；三是在未“日凌”时，提前将工作指令输入卫星让其定期执行任务。

从测控站接收信息的顺序出发，可以判断测控站接收信号的先后。

例5：地面测控站接收到“嫦娥二号”信号的先后顺序是：①远望五号，②厦门站，③远望3号，④远望六号

A． ①②③④ B． ①③②④

C． ②①③④ D． ①③④②

分析：“嫦娥二号”升空后，是向东南方向运行的，这些测控站位于其轨道之内，按自西向东的顺序就能先后测到“嫦娥二号”的信号了。正确答案是C。

例6：青岛站在“嫦娥二号”飞行九个多小时后才测到其信号，主要原因是什么？在我国的测控站中，哪个站最后一个捕捉到嫦娥二号的信号？

分析；一是青岛纬度相对轨道来说较高，二是“嫦娥二号”在发射升空时离地球表面较近，发射的信号辐射的范围有限。从测控站的空间分布出发，分析形成的原因。

例7：这次测控站，启用了欧洲太空局的辅助站和我国自主在智利建设的圣地亚哥站，主要目的有哪些？

分析：主要是能实现对嫦娥二号连续不间断观察。

四、从探月的四大使命看遥感技术与地理信息系统

嫦娥二号有四大使命：一是获取更高精度月球表面三维影像，分辨率由嫦娥一号卫星的120米提高至优于10米；二是探测月球物质成分；三是探测月壤特性；四是探测地月与近月空间环境。这主要通过遥感技术和地理信息系统来完成。嫦娥一号搭载的CCD相机分辨率为120米。而嫦娥二号在100公里圆轨道和100公里×15公里轨道的近月点处，将分别对“嫦娥三号”的预选着陆区进行优于10米和1．5米分辨率的成像试验，分辨率有了很大提高。

例8：“嫦娥二号”卫星开展拍摄三维影像等工作所使用的技术主要是

A． 遥感技术 B． 地理信息技术

C． 全球定位技术 D． 电子通信技术

例9：读月球示意图（图5），外圈是 “嫦娥二号”绕月公转轨道图，图中A—E是月球背面以中国古代人名命名的月坑。月球赤道面与黄道面交角为1．54°，回答下列问题。

描述月球表面太阳直射点的变化规律。

分析：与地球表面的太阳直射点类似。太阳直射点在南北纬1．54°之间来回移动。

“嫦娥二号”升空并发回首幅成像，是一种“国家荣誉”，是对国庆节的另一种形式的隆重献礼，这一刻值得中国人民永远铭记，它令全国人民的民族自豪感和自信心大增。通过电视和网络直播嫦娥二号的发射实况，报道和分析嫦娥二号的运行情况，对全国人民，尤其是对青少年来说，是一次生动形象的科普教育。比如长征三号丙等长征三号系列火箭介绍、太阳能帆板、修正轨道、地月轨道等科技名称和数据，必将深入青少年的心，并帮助青少年学到很多科学知识。同时，宇宙的奥秘必将吸引青少年的兴趣，为培养后续科技人才埋下了启蒙的种子。