文/ 譚月

月球是距離地球最近的天體，是人類探索宇宙奧秘、向外層空間發(fā)展的理想基地和前哨站。上個(gè)世紀(jì)末期以來，各航天大國(guó)制定的航天計(jì)劃，均將月球探測(cè)作為重點(diǎn)，人類迎來了月球探測(cè)的第二個(gè)高潮期。

20世紀(jì)90年代初，我國(guó)開始月球探測(cè)工程的有關(guān)論證，經(jīng)過國(guó)內(nèi)各方面專家十幾年的工作，2003年，黨中央、國(guó)務(wù)院根據(jù)世界科技發(fā)展趨勢(shì)，著眼于我國(guó)科技事業(yè)的發(fā)展，審時(shí)度勢(shì)，作出了實(shí)施繞月探測(cè)工程的戰(zhàn)略性決策。2004年1月，以“嫦娥工程”命名的月球探測(cè)工程正式啟動(dòng)。

與載人航天工程一樣，我國(guó)的“嫦娥工程”也提出了三步走的規(guī)劃。這三步就是“繞”“落”“回”?！袄@”指的是研制和發(fā)射中國(guó)第一顆月球探測(cè)衛(wèi)星，對(duì)月球進(jìn)行全球性、整體性與綜合性探測(cè)，以獲取月球的三維立體圖像等；“落”是指發(fā)射月球軟著陸器，試驗(yàn)月球軟著陸和月球車巡視勘察，就地對(duì)月球進(jìn)行探測(cè)，并開展月基天文觀測(cè)等；“回”指的是向月球發(fā)射軟著陸器和小型采樣返回艙，采集關(guān)鍵性月球樣品返回地球。

嫦娥一號(hào)：科學(xué)研究成果豐碩

2007年10月24日，嫦娥一號(hào)探月衛(wèi)星發(fā)射升空。一個(gè)多月后，“嫦娥一號(hào)”傳回的第一幅月面圖像公布，標(biāo)志中國(guó)首次月球探測(cè)工程圓滿成功。

從成功發(fā)射至2009年3月1日成功受控撞月，經(jīng)過為期一年零四個(gè)月的在軌運(yùn)行，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星搭載的8臺(tái)有效載荷共獲得原始數(shù)據(jù)約1.37TB，截至2010年2月獲得經(jīng)過各種校正后生成的0、1、2、3級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品約2.76TB。初步建立起了我國(guó)月球探測(cè)和科學(xué)數(shù)據(jù)處理的標(biāo)準(zhǔn)體系。

為充分發(fā)揮和調(diào)動(dòng)全國(guó)各方面的科研力量，進(jìn)一步促進(jìn)“嫦娥一號(hào)”科學(xué)數(shù)據(jù)的應(yīng)用，我國(guó)成立了繞月探測(cè)工程科學(xué)應(yīng)用專家委員會(huì)。委員會(huì)利用“嫦娥一號(hào)”取得的科學(xué)數(shù)據(jù)獲得了豐碩的研究成果，使得“嫦娥一號(hào)”科學(xué)成果得到了最廣泛的應(yīng)用。

嫦娥二號(hào)：創(chuàng)造“中國(guó)新高度”

2010年10月1日，嫦娥二號(hào)探月衛(wèi)星成功發(fā)射。此后三年中，“嫦娥二號(hào)”不僅完成了預(yù)定的任務(wù)，還飛離月球，執(zhí)行了一系列拓展性試驗(yàn)任務(wù)，成為中國(guó)飛得最遠(yuǎn)的航天器。

▲ 國(guó)際先進(jìn)的全月球影像圖嫦娥一號(hào)衛(wèi)星CCD立體相機(jī)共獲得508軌南北緯70°以內(nèi)和589軌極區(qū)的圖像數(shù)據(jù)，第一次實(shí)現(xiàn)了月球表面的100%覆蓋。制作的“全月球影像圖”在幾何配準(zhǔn)精度、數(shù)據(jù)的完整性與一致性、圖像色調(diào)等方面均在國(guó)際上處于先進(jìn)水平。

2012年12月13日，嫦娥二號(hào)衛(wèi)通過這些探測(cè)數(shù)據(jù)的處理、分析與研究，取得了重要成果，填補(bǔ)了我國(guó)在月球探測(cè)領(lǐng)域的空白。

“嫦娥一號(hào)”的科學(xué)研究在專利和知識(shí)產(chǎn)權(quán)、月球研究的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、科學(xué)應(yīng)用研究論文等方面也發(fā)揮了重大的作用。通過地面應(yīng)用系統(tǒng)的研制和嫦娥數(shù)據(jù)的處理，催生了一批標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，星在距離地球700萬公里外的深空，精確實(shí)現(xiàn)與圖塔蒂斯小行星擦身而過的飛越探測(cè)。短短兩年間，從距地38萬公里外的月球，到150萬公里遠(yuǎn)的日地拉格朗日L2點(diǎn)，再到700萬公里外的小行星……嫦娥二號(hào)衛(wèi)星，不斷開拓創(chuàng)新試驗(yàn)任務(wù)，創(chuàng)造并刷新“中國(guó)高度”，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)月球及深空探測(cè)領(lǐng)域一個(gè)又一個(gè)新的突破。

“嫦娥二號(hào)”本是“嫦娥一號(hào)”的備份星?！版隙鹨惶?hào)”任務(wù)取得圓滿成功后，國(guó)家有關(guān)部門將“嫦娥二號(hào)”確定為工程二期的先導(dǎo)星，主要驗(yàn)證“軟著陸”任務(wù)部分關(guān)鍵技術(shù)。從“繞”起步、為“落”而生的“嫦娥二號(hào)”，由“替補(bǔ)”變身“先鋒”。

從“替補(bǔ)”到“先鋒”，工程人員對(duì)嫦娥二號(hào)衛(wèi)星做了大量技術(shù)改進(jìn)，并新研制了部分載荷和試驗(yàn)分系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了新的技術(shù)跨越：開辟了奔月時(shí)間短、衛(wèi)星燃料消耗少的直接奔月軌道；驗(yàn)證了X頻段深空測(cè)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了航天測(cè)控由S向X頻段的跨越；對(duì)月面虹灣地區(qū)進(jìn)行高分辨率成像，為嫦娥三號(hào)“軟著陸”任務(wù)積累了經(jīng)驗(yàn)。

2010年12月，“嫦娥二號(hào)”任務(wù)圓滿成功。“嫦娥”的“歸宿”成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。經(jīng)過充分討論，探月工程重大專項(xiàng)領(lǐng)導(dǎo)小組綜合權(quán)衡衛(wèi)星狀態(tài)、燃料剩余、測(cè)控通信能力、技術(shù)試驗(yàn)與科學(xué)探測(cè)價(jià)值等因素，最終選擇了最具風(fēng)險(xiǎn)也最具價(jià)值的方案——開展拓展試驗(yàn)。

▲ 嫦娥二號(hào)全月球7米分辨率影像圖

▲ 嫦娥二號(hào)全月球7米分辨率影像圖。圖幅高約1米，寬約162米， 比例尺：1：82677

▲ 嫦娥二號(hào)衛(wèi)星

拓展試驗(yàn)包括三項(xiàng)內(nèi)容：一是補(bǔ)全月球南北兩極漏拍點(diǎn)；二是在月球背面測(cè)控?zé)o法支持情況下，用主發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火降軌至15公里軌道高度，再次對(duì)“嫦娥三號(hào)”預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行高清晰成像；第三項(xiàng)也是最重要的一項(xiàng)，是從月球軌道出發(fā)，奔向日地L2點(diǎn)，進(jìn)行深空探測(cè)。

在前兩項(xiàng)試驗(yàn)順利完成后，2011年6月9日，奔向L2點(diǎn)的第三項(xiàng)拓展試驗(yàn)實(shí)施。“嫦娥二號(hào)”受控飛離月球，奔向150萬公里遠(yuǎn)的日地拉格朗日L2點(diǎn)，開啟了中國(guó)深空探測(cè)的新征程。2011年8月25日，“嫦娥二號(hào)”精確飛抵L2點(diǎn)并進(jìn)入環(huán)繞軌道，標(biāo)志著三項(xiàng)拓展試驗(yàn)圓滿成功。我國(guó)成為世界上繼歐空局和美國(guó)之后第三個(gè)造訪L2點(diǎn)的國(guó)家和組織。此后，“嫦娥二號(hào)”環(huán)繞L2點(diǎn)進(jìn)行了為期10個(gè)月的科學(xué)探測(cè)，獲得了地球遠(yuǎn)磁尾離子能譜、太陽(yáng)耀斑爆發(fā)和宇宙伽馬爆的大量科學(xué)數(shù)據(jù)。

2012年3月，“嫦娥二號(hào)”環(huán)繞L2點(diǎn)飛行200余天，全面完成了拓展任務(wù)工程目標(biāo)和科學(xué)探測(cè)任務(wù)。如何繼續(xù)發(fā)揮“嫦娥”余熱，再開展拓展試驗(yàn)，早已在航天人的醞釀中：從L2點(diǎn)飛L1點(diǎn)；飛回月球；從L2點(diǎn)飛走……有關(guān)專家提出了若干方案?？値熛到y(tǒng)對(duì)若干方案進(jìn)行深入論證后，最終建議飛往更遠(yuǎn)的深空探測(cè)小行星，以充分發(fā)揮嫦娥二號(hào)衛(wèi)星的科學(xué)和技術(shù)試驗(yàn)潛力。

2012年6月1日，已在日地拉格朗日L2點(diǎn)開展了10個(gè)月科學(xué)探測(cè)的嫦娥二號(hào)衛(wèi)星，成功變軌，脫離L2點(diǎn)環(huán)繞軌道，進(jìn)入飛往小行星的軌道。12月13日，飛離日地拉格朗日L2點(diǎn)195天的嫦娥二號(hào)衛(wèi)星，成功受控飛抵距地球約700萬公里遠(yuǎn)的深空。16時(shí)30分，“嫦娥二號(hào)”與圖塔蒂斯小行星由遠(yuǎn)及近擦身而過，交會(huì)時(shí)的相對(duì)距離約3.2公里左右，相對(duì)速度10.73公里/秒。交會(huì)時(shí)“嫦娥二號(hào)”星載監(jiān)視相機(jī)對(duì)小行星進(jìn)行了光學(xué)成像，真正實(shí)現(xiàn)了“軌道測(cè)得準(zhǔn)、衛(wèi)星控得住、圖像拍得好”的工程目標(biāo)。至此，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星再拓展試驗(yàn)圓滿成功，“嫦娥二號(hào)”工程完美收官。

嫦娥三號(hào)：成功實(shí)施軟著陸

2013年12月2日，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，嫦娥三號(hào)探測(cè)器由長(zhǎng)三乙火箭準(zhǔn)確送入地月轉(zhuǎn)移軌道。12月6日，嫦娥三號(hào)探測(cè)器實(shí)施近月制動(dòng)被月球捕獲，準(zhǔn)確進(jìn)入環(huán)月工作軌道。12月10日，嫦娥三號(hào)探測(cè)器降軌進(jìn)入15×100公里橢圓軌道。12月14日，嫦娥三號(hào)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)月面軟著陸。12月15日，“嫦娥三號(hào)”進(jìn)行了著陸器和月面巡視器兩器分離和互拍成像，成功傳回五星紅旗的圖片，標(biāo)志著“嫦娥三號(hào)”任務(wù)的圓滿成功。

“嫦娥三號(hào)”任務(wù)是探月工程二期的關(guān)鍵任務(wù)，其工程目標(biāo)是：突破月球軟著陸、月面巡視勘察、月面生存、深空測(cè)控通信與遙操作、運(yùn)載火箭直接進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道等關(guān)鍵技術(shù)，建立我國(guó)的深空測(cè)控網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)中國(guó)第一次對(duì)地外天體的實(shí)地探測(cè)?？茖W(xué)目標(biāo)是：開展月球形貌與地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查，月表物質(zhì)成分和可利用資源調(diào)查，月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究，日地月空間環(huán)境探測(cè)和月基光學(xué)天文觀測(cè)等四類科學(xué)探測(cè)。

“嫦娥三號(hào)”由一個(gè)著陸探測(cè)器和一個(gè)月面巡視探測(cè)器（玉兔號(hào)月球車）組成，共攜帶了導(dǎo)航相機(jī)、全景相機(jī)、避障相機(jī)、測(cè)月雷達(dá)、粒子激發(fā)X射線譜儀、紅外成像光譜儀、極紫外相機(jī)以及月基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡等8個(gè)有效載荷。

▲ 嫦娥三號(hào)著陸器及巡視器外形圖

▲ 嫦娥三號(hào)測(cè)試

▲ 月球車原理樣機(jī)在外場(chǎng)接受實(shí)驗(yàn)

“嫦娥三號(hào)”任務(wù)的的最大看點(diǎn)在于“月面軟著陸”。所謂“軟著陸”，是相對(duì)“硬著陸”而言的?！坝仓憽笔侵柑綔y(cè)器在飛向月球的過程中以較大速度直接沖撞著陸。由于著陸速度過大，會(huì)使探測(cè)器完全或大部損壞。而“軟著陸”，則是指探測(cè)器經(jīng)減速裝置減速后降到足夠低的速度，在預(yù)計(jì)的地點(diǎn)安全著陸。從技術(shù)發(fā)展角度看，月面軟著陸是人類探月歷程上的一個(gè)大臺(tái)階，其中的關(guān)鍵技術(shù)是“太空剎車減速”。如果剎車減速過猛，探測(cè)器會(huì)一頭撞向月球，變成硬著陸；如果剎車減速不足，探測(cè)器會(huì)與月球擦肩而過，進(jìn)入環(huán)繞太陽(yáng)飛行的軌道。軟著陸技術(shù)，是日后探測(cè)器著陸月球并返回地球、載人飛船和航天員登陸月球并返回地球必不可少的技術(shù)基礎(chǔ)。

嫦娥一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)任務(wù)的圓滿成功，標(biāo)志著中國(guó)月球探測(cè)工程“繞”“落”“回”三步走的前兩步計(jì)劃已順利完成。