“嫦娥”舒袖 舞月长空 巡天、观地、测月

尹传红

奔月

记者：我国探月工程分为几个阶段，嫦娥三号充当着什么角色？

欧阳自远：我国探月工程长远规划为三个阶段：无人探月阶段、载人登月阶段和在月球短期居住并开发利用阶段。无人探月阶段在十年前就已经规划完毕，包括绕月探测，落月探测和采样返回等任务。无人探月阶段的第一步是发射绕月极轨卫星，对月球进行全球性、整体性与综合性探测；第二步是落月探测，派着陆器与月球车软着陆月球并对某区域进行精准详细探测；第三步是月球探测器软着陆月面，铲取和打钻取样并带回月球岩石土壤样本返回地球，在地面开展系统深入研究。

嫦娥三号探测器所完成的任务属于无人探月第二步，实现中国的探测器在地外天体上首次着陆，主要解决软着陆的问题，并进行一系列科学探测与研究工作，同时也要为之后的嫦娥系列探月器的改进设计发现技术难点并开拓关键技术、攻关新思路。

记者：嫦娥二号现已离开月球轨道，飞离地球6500万千米。嫦娥二号为嫦娥三号做了哪些准备工作？

欧阳自远：嫦娥一号成功发射后经过了地球调相轨道、奔月轨道，最后被月球俘获，总计14天抵达月球，而嫦娥二号发射时改进了轨道设计与飞行控制技术，直接进入奔月轨道，仅用了四天半就被月球俘获并进入月球轨道。因此在嫦娥三号上我们可以直接套用嫦娥二号的飞行轨道。

嫦娥二号在距离月球表面100千米的高度，绘制了全月球7米分辨率影像图，实现了全月球影像的“无缝”镶嵌，全月球影像图做出纸质图版来要比足球场还大，是目前世界最高水平的全月球数字影像图。嫦娥二号月球卫星在近月点15千米高度对嫦娥三号着陆的虹湾地区拍摄1米分辨率的高清图像，提供降落区精确的地形地貌。

随后嫦娥二号奔向距离地球150万千米的拉格朗日2点（L2），监测太阳的活动，积累了大量太阳活动的探测数据。之后于2012年12月13日成功飞抵距地球约700万千米远的深空，以10.73千米/秒的相对速度，与国际编号4179的战神号小行星由远及近擦身而过，首次实现对小行星的飞越探测，最近距离870米，证明了中国测控技术的水平和能力。嫦娥二号发挥了承前启后、持续发展的先导作用，为嫦娥三号的成功实施奠定科学和技术基础。

落月

记者：我们在新闻上总能看到卫星“入轨成功”和“圆满成功”等描述说法，这些阶段性成功指的是什么？嫦娥三号到了什么时候才能称为任务圆满成功？

欧阳自远：火箭将卫星送入预定轨道，“星”“箭”成功分离，谓之“发射成功”。发射成功后，嫦娥一号和二号卫星使用携带的多个发动机，修正轨道飞向月球，当卫星被月球捕获，变成环绕月球飞行的卫星，再逐渐调整轨道与姿态进入绕月工作轨道，所有探测仪器和设备正常工作，并取得标志性科学探测成果，这时就可以宣布嫦娥一号及嫦娥二号取得圆满成功。

但是对于三号，做到这些还不够，嫦娥三号进入奔月轨道后，展开太阳能帆板，获得电源。在嫦娥三号被月球俘获后，进入100千米×100千米的极轨圆轨道，再调整轨道为15千米×100千米的椭圆轨道，然后在15千米高的近月点向着陆点逐渐降低高度，着陆器底部有一台7500N的发动机，反向推进器可减缓嫦娥三号的降落速度。当着陆器降到离月球表面100米高度时，推进器将控制着陆器悬停，让着陆器下面的照相机自动拍摄下方地形地貌，寻找合适的降落地点。由于在距离月表这么近的距离，我们从地球上无法观测着陆地点的具体情况，必须要靠嫦娥三号的着陆器自主判断，如果着陆地点不合适，它会自动平飞到其他合适的位置降落。着陆器（特指着陆器的质心位置）缓慢下降到距离月面4米高度时，为避免月球表面的尘土飞扬，会关闭着陆器下方的发动机，作初速度为零的自由落体运动。着陆器的4条支架安装有减震装置，当着陆器稳定插入月表的土层里，这时称为基本成功。美国一些“航天科学家”担心嫦娥三号着陆时的推进剂会对月球大气造成严重污染，甚至影响美国绕月卫星对月球表面进行观测。实际上月球表面积相当于四个中国版图，一台着陆器扬起的灰尘微乎其微，连玉兔自身都不会影响到，更不用说美国的绕月卫星了。

之后着陆器检查携带的各类设备，进入工作状态。着陆器给月球车充电，铺设月球车离开着陆器的舷梯，月球车解锁后进入工作状态，离开着陆器，实现两器分离。着陆器和月球车互拍国旗，当国旗照片传回地球，嫦娥三号的落月任务取得圆满成功。后期的任务仍然繁重，基地安排着陆器与月球车的科学探测日程，让着陆器与月球车开展探测工作，分别将探测数据传回地球，地面中心接收科学数据进行科学研究。

记者：着陆器与月球车会帮助科学家进行什么探测呢？

欧阳自远：嫦娥三号的着陆器和月球车都配备了很多科学仪器，这也是本次落月探测最具特色的一点：首次着陆器和巡视器联合工作。

美国和苏联都曾向月面派送着陆器或月球车，但没有开展过着陆器与月球车的联合工作，都只是单一的探测平台，着陆器只做就位探测，月球车只做巡视探测或作为载人登月月面勘查代步的交通工具。嫦娥三号的着陆器与月球车发挥各自的优势，除了进行着陆区的地形地貌、地质构造、月壤的化学成分与矿物组成探测外，还要实现“巡天”“观地”“测月”三个特殊的科学探测目标。在嫦娥三号的着陆器和月球车上特别装配了几台科学探测仪器，有着陆器上的月基天文望远镜和极紫外照相机，月球车携带的粒子激发X射线谱仪、红外光谱仪和测月雷达。

着陆器在月面位置固定，适合安装需要固定位置的探测仪器。月基近紫外天文望远镜巡天观测天文，是人类首次在月球上巡天观测。由于月面属于超高真空环境，没有大气层、电离层和污染的干扰，是天文学家梦寐以求的天文观测场所。在地球上观测天文总是要受到大气层活动、电离层活动、空气污染和人类活动的影响，研究人员需要对望远镜进行各种各样的复杂校正。且地球望远镜只能在晚上观测，而月基望远镜能够在几乎毫无干扰的条件下连续半个月进行天文观测，实施“巡天”的科学目标。

着陆器上的另一台特色设备是30.4纳米波段极紫外相机，用来观测地球等离子体层的空间结构、密度以及连续变化，这是人类首次开展月基等离子体层观测。人造卫星能够在距离地球较近的高度在不同时段观测地球等离子体空间的局部，而极紫外相机可以直接监测地球外的等离子体层全貌，得到的信息更加充分完整，实施“观地”的科学目标。

月球车“玉兔”是我国设计建造的自主探测机器人，代表我国机器人的最高智能水平，能够完全自主导航，实现自主选路、自主避障、自主上坡下坡、自主控制仪器探测月面并将结果发送回地球。“玉兔”的主要任务是分析月球土壤和探测月球地质结构。它携带的红外光谱仪用来测试土壤的矿物组成。另外，月球车上的粒子激发X射线谱仪能够测定土壤的元素成分，通过激发土壤各种化学元素原子的X射线，根据X射线特征能量的不同判断其元素成分和元素含量。更有特色的设备是在月球车下面放置的测月雷达，雷达向月球表面以下发射两道不同波段的雷达波，分别研究地下30米深度内的月球土壤层结构和100米深度内的月球次表层结构。这是国际上首次探测月球次表层结构，实施“测月”的科学目标。

回眸

记者：了解月球的地质构造和岩石的化学成分对人类有何帮助？

欧阳自远：在科学上，了解月球的地形地貌、地质构造、表面与空间环境、各类岩石的成分与分布和月球的内部结构，是认识月球的演化历史和月球与行星起源的基础，是开发利用月球资源与能源的科学依据。

月球蕴藏有极其丰富的矿产资源，如氦-3、稀土、铀、钍、钾、钛、铁、磷，几乎是取之不尽，用之不竭。氦-3是核聚变发电的最优原料之一。现在包括中国在内的七个国家在法国建了一个国际热核反应堆，预计在30～50年以后，人类可以完全掌握核聚变发电。但使用这种能源有一个苛刻的条件，点火的温度要一亿度以上，美国在2009年宣布他们已经研制成功了点火装置，他们在劳伦斯国家实验室获得了1亿到2亿℃的高温，因此点火已经没问题。另一方面氦-3元素在地球上极少，但嫦娥一号探测发现，全月球土壤里氦-3的资源量至少有100多万吨，可以满足全人类至少1万年的能源需求，并且这将是人类社会长期、稳定、安全、清洁、廉价的可控核聚变的能源原料。

月球还有丰富的太阳能，月球上太阳一出来就是半个月，又没有天气活动，太阳直射月球表面，所以太阳能的能量密度比地球大得多，而且月球上可以无限制铺设太阳能电池板，将月球发的电能传回地球用激光或微波传输可以解决。有科学家提出建议，给月球系一根由太阳能发电电池板构成的“腰带”，将月球太阳能传输到地球的某个位置。假如说这个方案能够实现的话，地球上的全人类子孙万代就不再需要其他能源了。

记者：人类为何现在要急于探月？

欧阳自远：总有一天人类会在月球开采矿产资源，而谁先开采谁就先获益。比如月球上的钛元素分布在四分之一的土地上，面积相当于一个中国的面积大小。铀、钍、稀土含量远比地球上多得多，中国的稀土矿藏为世界之最，然而月球上的稀土是中国稀土量的几十万倍。另外，月球的恶劣环境可以转化为很多方面的优势。月面温差大、没有磁场、重力小，地质结构稳定，高度真空，很多合金、新材料、生物制品的生产过程对这样的环境求之不得，在月球上能够极大方便相关领域的生产制造。人类一旦实现月球开发和制造技术，马上就可以从中获益，因此人类从月球获益并不遥远。

从实际中来看，在1958年开始的第一次探月高潮中，美国阿波罗计划投入了254亿美元（相当于2005年的1360亿美元），阿波罗计划带动了20世纪60～70年代几乎全部高新技术的突破与发展，产生了3000多个技术领域的新技术与新进展，新产品涵盖国民经济的各个方面，诞生了一大批新生的工业群体，周边的发明创造更是不计其数，总的投入产出比达到1∶14。今天小到尿不湿，大到军事、航空航天、计算机、微电子、通讯、医疗卫生等等行业的新型设备，都直接或间接地与阿波罗项目相关。

对我国来说，探月工程也极大地拉动了基础工业和高端技术等方面的技术突破与进步，提高了我国的技术能力与水平。在我国实施探月工程的实践中，一大批年轻的科学技术人才涌现。这些科技人才有理想和抱负，探月工程正好成为他们练习身手的机会，经历实际的锻炼后，这些年轻人才能够真正成长为国家的科技栋梁。

记者：这些也是引发90年代以来全球多个国家第二次探月高潮的原因吗，他们进展如何？我国探月工程水平在探月诸国中属于什么位置？

欧阳自远：历史上的第一次探月高潮从1958年持续到1976年，美、苏争霸在月球探测上展开了激烈的竞争。第二次月球探测高潮的势头从20世纪90年代持续至今。1990年以来，全球共发射11枚月球卫星探测器，目的就是想重新解读月球，为未来月球的开发利用提供科学依据。美国、俄罗斯、欧洲太空局、日本、中国、德国、法国、奥地利、印度、巴西、韩国等国家和组织都对探月有详细的计划。虽然中国在第二次探月高潮中第一个用着陆器携带月球车软着陆月球，开展就位探测与巡视探测的联合探测，但我国的探月工程仍然属于后来者，在基础科学、人才队伍、高新技术、原材料加工、元器件研制和总体经验等方面都远不如美国，俄罗斯比我们也仍然有较大的优势。在月球探测方面我们与欧洲、日本各有专长与特色。

记者：嫦娥三号完成任务之后，我国的下一步探月工作重点是什么？请您展望一下我国深空探索的前景。

欧阳自远：按照我国探月工程的总体规划，预计在2017年前后发射嫦娥五号无人探测器，核心任务是取得月球土壤样本并返回地球。虽然时间上看似乎还有几年，实际上很多设备现在已经准备好了，比如嫦娥五号将要使用的自动打钻取样技术，现在就已经实现了。通过无人月球探测阶段，必将开展载人登月和逐步建设月球基地，开发利用月球能源与资源，支持地球人类社会的持续发展。

我国还处在探索月球的初步阶段，但是我们不能够仅仅看着月球，更不能止步于月球。中国要看得更远、飞得更远，相信我们有能力探测整个太阳系。中国应该为人类做出更大的贡献。