“嫦娥”奔月：中国航天走向深空

文/ 谭月

月球是距离地球最近的天体，是人类探索宇宙奥秘、向外层空间发展的理想基地和前哨站。上个世纪末期以来，各航天大国制定的航天计划，均将月球探测作为重点，人类迎来了月球探测的第二个高潮期。

20世纪90年代初，我国开始月球探测工程的有关论证，经过国内各方面专家十几年的工作，2003年，党中央、国务院根据世界科技发展趋势，着眼于我国科技事业的发展，审时度势，作出了实施绕月探测工程的战略性决策。2004年1月，以“嫦娥工程”命名的月球探测工程正式启动。

与载人航天工程一样，我国的“嫦娥工程”也提出了三步走的规划。这三步就是“绕”“落”“回”。“绕”指的是研制和发射中国第一颗月球探测卫星，对月球进行全球性、整体性与综合性探测，以获取月球的三维立体图像等；“落”是指发射月球软着陆器，试验月球软着陆和月球车巡视勘察，就地对月球进行探测，并开展月基天文观测等；“回”指的是向月球发射软着陆器和小型采样返回舱，采集关键性月球样品返回地球。

嫦娥一号：科学研究成果丰硕

2007年10月24日，嫦娥一号探月卫星发射升空。一个多月后，“嫦娥一号”传回的第一幅月面图像公布，标志中国首次月球探测工程圆满成功。

从成功发射至2009年3月1日成功受控撞月，经过为期一年零四个月的在轨运行，嫦娥一号卫星搭载的8台有效载荷共获得原始数据约1.37TB，截至2010年2月获得经过各种校正后生成的0、1、2、3级数据产品约2.76TB。初步建立起了我国月球探测和科学数据处理的标准体系。

为充分发挥和调动全国各方面的科研力量，进一步促进“嫦娥一号”科学数据的应用，我国成立了绕月探测工程科学应用专家委员会。委员会利用“嫦娥一号”取得的科学数据获得了丰硕的研究成果，使得“嫦娥一号”科学成果得到了最广泛的应用。

嫦娥二号：创造“中国新高度”

2010年10月1日，嫦娥二号探月卫星成功发射。此后三年中，“嫦娥二号”不仅完成了预定的任务，还飞离月球，执行了一系列拓展性试验任务，成为中国飞得最远的航天器。

▲ 国际先进的全月球影像图嫦娥一号卫星CCD立体相机共获得508轨南北纬70°以内和589轨极区的图像数据，第一次实现了月球表面的100%覆盖。制作的“全月球影像图”在几何配准精度、数据的完整性与一致性、图像色调等方面均在国际上处于先进水平。

2012年12月13日，嫦娥二号卫通过这些探测数据的处理、分析与研究，取得了重要成果，填补了我国在月球探测领域的空白。

“嫦娥一号”的科学研究在专利和知识产权、月球研究的标准和规范、科学应用研究论文等方面也发挥了重大的作用。通过地面应用系统的研制和嫦娥数据的处理，催生了一批标准和规范，星在距离地球700万公里外的深空，精确实现与图塔蒂斯小行星擦身而过的飞越探测。短短两年间，从距地38万公里外的月球，到150万公里远的日地拉格朗日L2点，再到700万公里外的小行星……嫦娥二号卫星，不断开拓创新试验任务，创造并刷新“中国高度”，实现了中国月球及深空探测领域一个又一个新的突破。

“嫦娥二号”本是“嫦娥一号”的备份星。“嫦娥一号”任务取得圆满成功后，国家有关部门将“嫦娥二号”确定为工程二期的先导星，主要验证“软着陆”任务部分关键技术。从“绕”起步、为“落”而生的“嫦娥二号”，由“替补”变身“先锋”。

从“替补”到“先锋”，工程人员对嫦娥二号卫星做了大量技术改进，并新研制了部分载荷和试验分系统，实现了新的技术跨越：开辟了奔月时间短、卫星燃料消耗少的直接奔月轨道；验证了X频段深空测控技术，实现了航天测控由S向X频段的跨越；对月面虹湾地区进行高分辨率成像，为嫦娥三号“软着陆”任务积累了经验。

2010年12月，“嫦娥二号”任务圆满成功。“嫦娥”的“归宿”成为全社会关注的焦点。经过充分讨论，探月工程重大专项领导小组综合权衡卫星状态、燃料剩余、测控通信能力、技术试验与科学探测价值等因素，最终选择了最具风险也最具价值的方案——开展拓展试验。

▲ 嫦娥二号全月球7米分辨率影像图

▲ 嫦娥二号全月球7米分辨率影像图。图幅高约1米，宽约162米， 比例尺：1：82677

▲ 嫦娥二号卫星

拓展试验包括三项内容：一是补全月球南北两极漏拍点；二是在月球背面测控无法支持情况下，用主发动机点火降轨至15公里轨道高度，再次对“嫦娥三号”预选着陆区进行高清晰成像；第三项也是最重要的一项，是从月球轨道出发，奔向日地L2点，进行深空探测。

在前两项试验顺利完成后，2011年6月9日，奔向L2点的第三项拓展试验实施。“嫦娥二号”受控飞离月球，奔向150万公里远的日地拉格朗日L2点，开启了中国深空探测的新征程。2011年8月25日，“嫦娥二号”精确飞抵L2点并进入环绕轨道，标志着三项拓展试验圆满成功。我国成为世界上继欧空局和美国之后第三个造访L2点的国家和组织。此后，“嫦娥二号”环绕L2点进行了为期10个月的科学探测，获得了地球远磁尾离子能谱、太阳耀斑爆发和宇宙伽马爆的大量科学数据。

2012年3月，“嫦娥二号”环绕L2点飞行200余天，全面完成了拓展任务工程目标和科学探测任务。如何继续发挥“嫦娥”余热，再开展拓展试验，早已在航天人的酝酿中：从L2点飞L1点；飞回月球；从L2点飞走……有关专家提出了若干方案。总师系统对若干方案进行深入论证后，最终建议飞往更远的深空探测小行星，以充分发挥嫦娥二号卫星的科学和技术试验潜力。

2012年6月1日，已在日地拉格朗日L2点开展了10个月科学探测的嫦娥二号卫星，成功变轨，脱离L2点环绕轨道，进入飞往小行星的轨道。12月13日，飞离日地拉格朗日L2点195天的嫦娥二号卫星，成功受控飞抵距地球约700万公里远的深空。16时30分，“嫦娥二号”与图塔蒂斯小行星由远及近擦身而过，交会时的相对距离约3.2公里左右，相对速度10.73公里/秒。交会时“嫦娥二号”星载监视相机对小行星进行了光学成像，真正实现了“轨道测得准、卫星控得住、图像拍得好”的工程目标。至此，嫦娥二号卫星再拓展试验圆满成功，“嫦娥二号”工程完美收官。

嫦娥三号：成功实施软着陆

2013年12月2日，在西昌卫星发射中心，嫦娥三号探测器由长三乙火箭准确送入地月转移轨道。12月6日，嫦娥三号探测器实施近月制动被月球捕获，准确进入环月工作轨道。12月10日，嫦娥三号探测器降轨进入15×100公里椭圆轨道。12月14日，嫦娥三号探测器实现月面软着陆。12月15日，“嫦娥三号”进行了着陆器和月面巡视器两器分离和互拍成像，成功传回五星红旗的图片，标志着“嫦娥三号”任务的圆满成功。

“嫦娥三号”任务是探月工程二期的关键任务，其工程目标是：突破月球软着陆、月面巡视勘察、月面生存、深空测控通信与遥操作、运载火箭直接进入地月转移轨道等关键技术，建立我国的深空测控网，实现中国第一次对地外天体的实地探测。科学目标是：开展月球形貌与地质构造调查，月表物质成分和可利用资源调查，月球内部结构研究，日地月空间环境探测和月基光学天文观测等四类科学探测。

“嫦娥三号”由一个着陆探测器和一个月面巡视探测器（玉兔号月球车）组成，共携带了导航相机、全景相机、避障相机、测月雷达、粒子激发X射线谱仪、红外成像光谱仪、极紫外相机以及月基光学望远镜等8个有效载荷。

▲ 嫦娥三号着陆器及巡视器外形图

▲ 嫦娥三号测试

▲ 月球车原理样机在外场接受实验

“嫦娥三号”任务的的最大看点在于“月面软着陆”。所谓“软着陆”，是相对“硬着陆”而言的。“硬着陆”是指探测器在飞向月球的过程中以较大速度直接冲撞着陆。由于着陆速度过大，会使探测器完全或大部损坏。而“软着陆”，则是指探测器经减速装置减速后降到足够低的速度，在预计的地点安全着陆。从技术发展角度看，月面软着陆是人类探月历程上的一个大台阶，其中的关键技术是“太空刹车减速”。如果刹车减速过猛，探测器会一头撞向月球，变成硬着陆；如果刹车减速不足，探测器会与月球擦肩而过，进入环绕太阳飞行的轨道。软着陆技术，是日后探测器着陆月球并返回地球、载人飞船和航天员登陆月球并返回地球必不可少的技术基础。

嫦娥一号、二号、三号任务的圆满成功，标志着中国月球探测工程“绕”“落”“回”三步走的前两步计划已顺利完成。