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人类探月那些事儿

2018-11-29 08:55来源:科技日报

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  中国国家航天局有关人士在11月举行的亚太空间合作组织大会期间透露,嫦娥四号月球探测器计划于12月初发射。国防科工局探月与航天工程中心主任刘继忠此前曾表示,嫦娥四号任务有望实现人类探测器首次造访月球背面,首次实现人类航天器在地月L2点对地对月中继通信,或将获得一批重大原创性科学研究成果。

  月球是距离地球最近的天体,也是人类开展深空探测活动的第一站。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩向科技日报记者介绍,1959年至2017年年底,人类共发射132个月球探测器,其中美国60个,苏联64个,中国4个,日本2个,欧洲1个,印度1个,成功率约为50%。

  苏联 拉开人类探月序幕

  1959年1月2日,苏联经历了“月球计划”三次任务失败后,终于成功发射“月球一号”,拉开了人类探月的序幕,同时也在美苏探月竞争中占得了先机。

  2天后,“月球一号”从大约6000公里外掠过月球,成为人类首个飞越月球的探测器。此后它以450天为周期围绕太阳公转,变成了一颗人造行星。

  同年9月12日,苏联发射了“月球二号”,飞行2天后撞击月球,成为世界首个在月球表面硬着陆的航天器。10月4日,“月球三号”升空,3天后传回了月球背面的照片,覆盖了月球背面约70%的面积。

  到1976年,苏联先后发射了24个“月球”系列探测器,开展了巡视探测、采样返回等活动。此外还发射过“宇宙”“探测器”系列月球探测器。

  除了多次无人探月活动,苏联于1962年启动了载人绕月/登月计划,打算在1967年实现载人绕月飞行、1968年将航天员送上月球。

  不过,自从1961年航天员加加林进入太空后,苏联的航天技术发展开始有些力不从心。至1965年,虽然他们完成了多次月球探测任务,获取了大量月球照片和资料,但用于登月的飞船和火箭系统研制进展缓慢。

  1967年,航天员弗拉迪米尔·科马洛夫独自乘坐“联盟一号”飞船,完成了一天一夜的太空飞行。然而4月24日,飞船出现了一系列故障。据资料显示,当时飞船右侧太阳能电池阵不能工作、无线电短波发射器无法使用、飞船姿态失控。在紧急自动返回失败后,飞船只能用危险的紧急弹道手动强制返回。由于姿态不正,飞船的主降落伞和备用降落伞缠绕在一起无法打开,最终以每秒上百米的速度坠毁,科马洛夫悲壮牺牲。

  1968年,探月竞争进入白热化,苏联连续发射“联盟二号”“联盟三号”以及“探测器五号”“探测器六号”,以求挽回局面。但到了1969年,其发射的月球车升空后爆炸、N-1火箭首飞坠毁、月表样本采集探测器发射失败,一连串惨痛失利,让苏联的登月计划遭受重创。

  美国 后发先至登上月球

  在这场探月竞赛早期,美国一直处于下风。先后实施过“先驱者”“徘徊者”“勘察者”“月球轨道器”“探险者”等探月计划,到阿波罗计划实现载人登月时,美国完成了对苏联的反超。

  1961年5月25日,时任美国总统肯尼迪向世界宣布,美国要用10年时间,实施雄伟的阿波罗载人登月计划。这一决定给美国此前缓慢推进的航天发展带来了强大激励。

  1962年,美国国家航空航天局(NASA)完成了“土星”重型火箭的设计,并对登月轨道进行了研究。1965年至1966年,美国从“双子座”载人飞行、“勘察者”计划、“月球轨道器”计划中掌握了载人空间飞行、空间对接、轨道机动、月面登陆等关键技术,为登月储备了大量数据。1968年,“阿波罗8号”完成首次绕月飞行;1969年,“阿波罗10号”完成载人登月前的最后一次载人飞行任务。

  1969年,在苏联连射连败的哀乐声中,“阿波罗11号”飞船迎来了发射倒计时。美国东部时间7月20日22时56分,航天员阿姆斯特朗爬下“阿波罗11号”的舷梯,用脚上的九号半靴子在月球表面踩下了深深印记。他说出了那句人类航天史上的名言:“对个人来说这是一小步,但对人类来说这是巨大的飞跃。”

  阿波罗计划也并非一帆风顺,1970年发射的“阿波罗13号”飞船就遭遇了意外。4月11日,航天员吉姆·洛威尔、杰克·斯威格特、弗莱德·海斯搭乘该飞船升空,第二天服务舱发生爆炸,造成水、氧气外泄,同时损坏了电池组及二氧化碳过滤设备。地面指挥中心命令飞行乘组放弃登月,转移到没有受损的登月舱,绕到月球背面利用弹弓效应返回。这次事件中,数以万计的科学家自发投身于拯救行动中,帮助航天员解决了一道道难题,最终使飞船溅落于南太平洋,创造了航天史上的一次伟大奇迹。

  从1969年到1972年,美国共完成6次载人登月,将12名航天员送上月球,带回了382公斤月球样品,获取了大量科学数据。

  庞之浩表示,在这场以政治目的为主、科学目的为辅的探月竞争中,苏美两国共发射上百个形态各异的月球探测器,掀起了人类首次探月高潮。虽然是以政治目的为主,但这场竞争也促进了航天技术发展,带动了一系列新技术的创新与推广应用,大大提高了人类对月球、地球和太阳系的认识,取得了划时代的成就。

  日本 “探月俱乐部”第三个成员

  上世纪70年代中期,美苏冷战形势逐渐缓和。苏联退出了载人登月竞争,美国也从狂热中冷却,停止了登月活动。

  “当时有一种说法:每发射一艘用于登月的‘土星五号’重型火箭,相当于烧掉一艘航空母舰。”中国航天科工二院研究员杨宇光告诉记者。

  庞之浩介绍,一枚“土星五号”火箭造价高达5亿美元,一艘阿波罗登月飞船比等重黄金贵十多倍。阿波罗计划历时11年,耗资255亿美元,为实施该计划,NASA每年预算占到美国政府总预算的4.5%左右,平均每个美国家庭要负担400多美元。这让美国承受了巨大的经济压力。

  由于这是一项“不惜代价”的工程,且技术难度极大,因此除了性价比低,其可靠性也不高,承担着很大风险。杨宇光认为,该工程技术途径比较冒进,一些设备冗余,从安全性角度来看十分冒险。

  因而在接近20年间,全世界进入了深入研究探月意义的冷静思考阶段。美苏开始消化、分析已经获取的月球探测资料,将相关技术向各领域转化、推广和应用,并加速研制新的空间往返运输系统和高效探测装备。计划探月的国家或组织也在总结探月活动耗资大、效率低的经验与教训,寻找新的探测思路和战略。

  这一时期,只有日本发射了一颗月球探测器,成为世界上第三个探测月球的国家。

  1990年1月24日,日本原宇宙科学研究所研制的“飞天号”探测器,携带一颗名为“造箭室”的小卫星发射升空。“造箭室”被释放到绕月球飞行的轨道,但很快出现故障而失灵。“飞天号”则进入一条大椭圆地球轨道,在这条轨道上10次从月球附近飞过。最终“飞天号”进入了月球轨道,但并未绕月,而是在1993年4月10日受控坠毁在月面。

  这次试探性的任务,主要目的是帮助日本掌握空间探索和轨道控制技术,从探月角度来说并不成功。随后日本启动了新的探月计划,试图在1995年发射“月球-A”探测器。但由于着陆器难题迟迟未能破解,在仓库中沉睡了10多年的“月球-A”严重老化,该计划于2007年被取消。

  第二轮 探月高潮仍将继续

  1994年1月25日,美国发射了“克莱门汀”探测器,获得了当时最详细的月球表面图像,并发现月球南极可能存在大量水冰。这次任务也宣告了全球第二次探月高潮到来。

  1998年1月7日美国发射的“勘探者”月球探测器,再次证实月球上有水冰。它在寿命末期携带美国天文学家苏梅克的骨灰,撞击了月球南极一座环形山的内侧山壁,以便将其遗愿永留月球。遗憾的是,由于种种原因,这次撞击后没有观测到水蒸气。

  2003年9月27日,欧洲发射了首颗月球探测器“斯玛特-1”。它是世界上首个正式应用太阳能电推进系统飞向月球的探测器。

  此前探月受挫的日本,于2007年9月14日发射了“月亮女神一号”探测器,并将这次任务称为“阿波罗计划后规模最大的月球探测工程”。“月亮女神一号”由1个主探测器和2个子探测器组成,一些仪器的探测精确度达到了以往同类仪器的10倍至100倍。

  于2008年10月22日升空的“月船一号”,标志着印度也跻身了“探月俱乐部”。该探测器除了对月球地质结构和矿物资源进行调查,还携带了一个月球撞击探测装置。探测器进入月球轨道后,该装置以每秒75米的速度弹出,撞向月球,并不断拍摄月面,为印度后续选择月球车着陆位置积累资料。不过“月船一号”并未按计划完成为期两年的任务,而在2009年失联。有趣的是,英国媒体2017年报道称,已失联8年的“月船一号”被发现仍在进行绕月飞行。

  2009年6月18日,美国一次发射了“月球勘测轨道器”和“月球坑观测与感知卫星”。前者在距月面50公里的圆轨道飞行,工作至今,其探测载荷分辨率优于1米,为目前世界最高。后者是世界首个专用撞击式月球探测器,于2009年10月9日猛烈撞击月面,确认月球上有不少水。

  2011年和2013年,美国先后发射了“月球重力恢复和内部实验室”和“月球大气和尘埃环境探测器”,其任务分别为精确测量月球重力场,以及分析月球稀薄的大气组成、研究月面尘埃作用、了解未来探测活动可能对月球环境造成的影响等。完成使命后,它们均进行了撞击式探测。

  未来几年,人类还将开展多次月球探测活动。除了我国将要实施的嫦娥四号、嫦娥五号任务,印度计划2019年发射“月船二号”,日本将发射“月球调查智能着陆器”,美国也宣称要载人重返月球。可以预见,月球上将再次热闹起来。(记者 付毅飞)

[责编:武玥彤]

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