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第19章 嫦娥奔月—月球探索历程

 人类对月球的探索

自古以来,人们总是希望知道月球的真实面貌,总是希望探求月球的一些奥秘。从古代以来就留下很多的神话传说。很多诗人也非常深情地赞美月球。因为月球是属于地球的,月球是地球惟一的卫星。

关于月球探索的历程,应该说在1959年之前,全地球上的人类都是用肉眼或用望远镜观测我们的月球。因此有很多不真实的认识。从1959年以来,人们实行了空间探测,对月球进行了近地近月球的观测。1959年到1976年,全世界掀起了一个月球探测的热潮。那以后经过了将近十八年的宁静期。从1994年以来,新一轮的月球探测高潮又开始了。从1959年到1976年,月球探测的频度很高,主要是苏联和美国开展的。一共发射了六十五个探测器,成功的是四十五个。在十几年的月球探测当中一共实现了六次载人登月。一共有三百八十一点七公斤样品,被从月球上采集回了地球。实现了三次不载人取样返回地球,这三次获得了零点三公斤的样品。共计人类获得了月球上的样品是三百八十二公斤。另外从月球上掉下过很多陨石到地球上,现在基本确认的有二十二块。也就是月球上很自然地掉下了本身的一些岩石在宇宙空间运行,最后跟地球轨道相交就降落在地球上。这是我们目前所获得的全部月球有关样品的情况。

其后,月球研究经历了十八年的宁静期。这主要是由于冷战的结束,前苏联的解体。另外大家深感第一次探测耗资非常大,效率低,探测水平也不高,大家应该提供一些新的思路来开展新一轮月球探测。所以在1986年,美国提出重返月球,提出一个“又快又好又省”的方针。美国、俄罗斯、欧空局、日本、印度,包括中国都相应提出了重返月球的方案。下面是美国提出的一个非常庞大的计划:在21世纪十五年到二十年之间,他们要建立具有生命保障系统的受控生态环境的月球基地,就地取材加工火箭的推进器,建筑月球的基地,开采月面的氦三运回地球。

俄罗斯也在编制自己的计划,要建立月球轨道站,要发射月球车,要确定氦三含量,另外最终也要建立月球基地。日本要发射月神号还有其他一些探测器来进行月球探测。印度也预计2005年要进行月球探测。那么为什么这么多国家蜂拥而起,都要对月球进行探测因为现在科学技术已发展到这个程度,人们意识到必须对月球展开新一轮的探测。对月球来说,联合国规定:谁先利用,谁先获益。所以概括起来,21世纪月球探测的战略目标应该是建设月球的基地,开发和利用月球的资源和能源,为人类社会的可持续发展服务。不是纯粹地为了单一的科学目标,而是要综合性地开发利用地球的卫星——月球,来为我们的地球服务。

 小知识——如何登月

载人飞船要发射到月球上,必须按登月轨道飞行。因为月球没有大气层,飞船飞抵月球后,必须用发动机减速,才能实现软着陆。登月轨道从理论上说,可以有直接登月、环地登月、环月登月3种。

1.直接登月轨道

直接登月轨道是一种最简单的登月轨道。因为月球与地球之间的距离为38万千米,还在地球引力场范围之内。假设月球是个没有引力的几何体,选择适当的发射窗口,使飞船的运行轨道与月球相交,飞船就能到达月球。直接登月轨道从理论上说,可以是直线、椭圆、抛物线、双曲线。椭圆轨道和月球相交有3种方式:一是在远地点处相交(与月球运行轨道相切)。二是在到达远地点以前相交。三是过了远地点后相交,该下降型轨道能够到达月球背面。美国和前苏联都曾用过直接登月轨道发射直接击中月球的探测器。但因为这条轨道需要大推力运载火箭,并需有十分精确的计算,否则航天器会飞越月球而去(前苏联发射的第一颗月球探测器就是如此),而且不容易控制软着陆,所以载人飞船不用直接登月轨道。

2.环地登月轨道

这种轨道由停泊轨道、过渡轨道和月面着陆段组成。飞船首先进入环地运行的停泊轨道,然后再选择最有利时机,由地面飞行控制中心遥控飞船启动变轨发动机点火,使飞船脱离停泊轨道,进入与月球相遇的过渡轨道。当飞船飞离地球37万千米的两球作用力分界面后,飞船主要受月球引力作用,登月速度高达2.5千米/秒。所以,这条轨道也是硬着陆轨道。飞船若用此轨道登月,难以控制软着陆。但早期月球探测器多采用这种登月轨道。

3.环月登月轨道

环月登月轨道是飞船选用的登月轨道。这条轨道由环地飞行的停泊轨道、飞向月球的过渡轨道、环绕月球飞行的月球轨道、降落于月面的下降着陆段组成。美国阿波罗飞船和苏联发射的月球探测器均采用这种方式。飞船从停泊轨道实现登月着陆,一般须经过3次变轨。在飞船进入停泊轨道后,地面飞行控制中心根据计算出的最佳路线和最有利的出发点,遥控运载火箭末级发动机把飞船送入大椭圆过渡轨道,实现第1次变轨。当飞船进入月球引力场后,其相对于月球的速度已超过月球的逃逸速度,如果不控制减速,飞船会沿双曲线飞越月球,或与月球相撞。因此,须进行第2次变轨,启动飞船上的发动机减速,使飞船进入环月飞行轨道。为使登月舱进入着陆段,还须进行第3次变轨。登月舱进入下降着陆段后,先后启动制动火箭、小推力发动机、缓冲着陆装置,才能最终顺利实现软着陆。

 我国的月球探测

1984年,联合国通过了《指导各国在月球和其他天体上活动的协定》(简称《月球条约》),规定月球及其自然资源是人类共同财产,任何国家、团体和个人不得据为已有。月球的探测、开发与利用是没有政治边界的,谁先到达,谁先占有;谁先开发,谁先利用。月球是一个有着丰富资源的特殊星球,这些资源将是人类社会发展的重要补充和支撑。比如说月球上的钛、铁、铀、稀土、磷、钾等资源的富集几乎超出人类的想像,尤其是月球的土壤中富含氦3这种特殊的资源。根据初步的估算,月球上的氦3储量大约有100万吨到500万吨。人类在利用核能源时离不开氦3,可是地球上氦3的储量非常稀少。目前我国一年的核发电量中大约需要不超过10吨的氦3,而全世界一年的需求量也不过100吨,这样计算下来,月球上的氦3储量完全可以满足人类社会上万年的能量需求。然而,由于“路途遥远”,科学家们正绞尽脑汁设想把月球上的氦3液化后再通过航天飞机运回地球。基于这些考虑,中国开始了登月计划。

中国探月四大目标:第一是为月球“画像”,也就是要通过各种手段在三维空间中获取月球表面影像和立体图像;第二是探明月球上的14种元素的资源含量和分布,以前美国曾经对月球上5种有用元素做出过分布预测,我国的探月工程要比美国的研究“走得更远”;第三就是要探测月球土壤中氦3的厚度,目前其他国家还从未对此做过科学研究;第四则要研究距离地球4万到40万千米范围里面的空间环境,因为这是地球到月球之间的通道,对于地球环境和人类社会的发展都是至关重要的。

目前,发射月球探测卫星主要依赖于火箭,而我们国家的火箭发射技术现在已经达到可以将火箭直接发射到月球的国际领先水平。神舟5号载人飞船的升空,实现了中国人遨游太空的“飞天”梦想,这大大鼓舞了中国的航天界。我国探测离地球最近的“邻居”——月球的探测工程也已经进入实施阶段,中国探月工程已是“万事俱备,整装待发”。

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