望月·奔月

文|韩吉辰

望月·奔月

文|韩吉辰

“嫦娥奔月”是家喻户晓的神话传说，故事讲述了嫦娥偷吃神药后，轻飘飘直接飞向月球，不一会儿就到了“广寒宫”，成为美丽的广寒仙子。人类在实际登月时，却发现完全不是那样轻松简单。首先是路途遥远，其次是月球和地球都在运动，相互间的位置在变化。

月亮离我们有多远

地球只有一个卫星，就是月球。目前天文界认同的月地平均距离为384 401千米。

这样遥远的距离是如何测量出来的呢？古代一般使用“三角法”。这是现在测量队常用的一种方法，它能用来测量不能直接到达的地方的距离。比如，在一条奔腾咆哮的河的对岸有一建筑物，要想知道它与我们的距离，又不能游过河去，就可以用三角法测量。方法是在河这边选取两个基点，量出它们之间的距离（这两个基点之间的连线叫基线），然后在两个基点上分别量出被测目标同基线的夹角，利用几何公式就可计算出被测建筑物的距离。

第一次测量月地距离的科学家，是古希腊的喜帕恰斯。他利用两个地点的观测数据，再运用简单的几何学原理，推算出月亮到地球的距离。当时得出月亮到地球的距离是381 000千米，和今天采用的数字很相近。随着科学测量技术的不断发展，到20世纪80年代，这一误差缩短到了几厘米。

利用激光来测量地月距离是目前最为精确的方法。科学家在月球上面放置一面奇妙的“镜子”——光学反射器，这个反射器是由阿波罗登月活动在月球表面安装的，由100多个具有反射功能的棱柱组成，它性能奇妙：无论光线从哪个角度照射，它都会从原来的角度反射回来！科学家们利用大功率激光往返月球和地球之间的时间进行测量，就可以计算出准确的月地距离。

还要说明的是，地球不停地在自转，而月亮也在不停绕着地球运动。因为双方都在不停地运动，相对距离和位置瞬时都有变化，这样使得准确发射探测月球的航天器更加困难。

为什么不将航天器直接发射到月球

刚才提到月地距离有38万多千米，这是什么概念呢？一颗速度为每秒500米的炮弹，需飞行9天；每秒传播340米的声音，需传播13天；即使是光线，从月亮到达地球，也得走1.25秒。神话传说中的孙悟空，筋斗云飞行极快，一个筋斗十万八千里（即5.4万千米），如果从地面飞向“广寒宫”，也需要连续翻7个筋斗云……

我国发射“嫦娥一号”首颗探月卫星为什么绕地球飞行好几圈后才飞向月球？绕地飞行数圈是不是要耗费大量的燃料？为什么不在地球上直接发射到月球的轨道上去？

这三个问题问得很好。将航天器直接发射到月球的轨道上，是最节省时间的方法，但是有个条件，就是需要有巨大推动的火箭，才能直接脱离地球的引力，目前我国还没有这么巨大推力的火箭。美国“阿波罗”载人飞船就是直接飞向月球的，“土星5号”火箭是迄今人类建造的动力最强劲的火箭，可以将45吨的有效载荷发射到月球轨道，将120吨的有效载荷发射到地球轨道。

“阿波罗”载人飞船选择的必须是最省时间的轨道，而“嫦娥一号”卫星选择的是最省燃料的轨道。“嫦娥一号”反复变轨的原因是目前我国火箭推力不够大，不能直接将“嫦娥一号”送到远地点为38万千米的轨道上，需要依靠“嫦娥一号”自己带的小火箭慢慢变轨飞向月球。

同学们知道上山的公路为什么修成盘旋状吗？这是利用了物理原理：高度一定，斜面越长，坡度越平缓，越省力。如果是直接开的路，坡度陡峭，车子必须功率非常大，非常费燃料，而且十分危险。同理，“嫦娥一号”在发射时，先围绕地球运动，轨道越来越高，地球引力就会变小，然后再驶向月球，可以节省大量燃料。

此外，航天器变轨技术意义重大，“嫦娥一号”上有多台发动机，可以向不同方向喷射气体，喷的是燃料燃烧后的高压气体。由于反作用力卫星就得到一个向前的动力。也可以通过反作用力调整运动方向，因为它自己带了燃料，所以可以在宇宙真空中飞行。这多台发动机和精密控制系统，就是航天器实现变速、变轨的秘密。

“嫦娥”奔月路程

2007年10月24日下午6时5分，我国第一颗探月卫星“嫦娥一号”成功发射，经历10次变轨，进入月球轨道。“嫦娥一号”卫星在发射升空后要先围绕地球用5天的时间转5圈，第一个阶段是绕3圈，每圈16小时，第二阶段是用24小时绕一圈，第3个阶段是用48小时绕一圈。先后通过三个轨道——调相轨道、地月转移轨道、环月轨道。这3次变轨目的都是加速，每变轨一次，卫星的速度就增加一点，通过3次累积，卫星加速到10.9千米/秒以上，进入奔月轨道的最低速度，然后“嫦娥”直接向月球飞去。

这10次轨道控制，需要下达2 000条指令。整个奔月过程“嫦娥”要飞行100多万千米。整个探月卫星的奔月时间大约116小时，距离地球接近38.44万千米。而过去，中国发射的卫星距离地面一般都在3.58万千米左右。所以我们说：“嫦娥”完美奔月是我国迈出航天深空探测的第一步，是航天深空探测零的突破。