话说探月工程

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  登月是中华民族千年的梦想。月球探测将为我国科学的创新与发展、技术的突破与进步、经济的发展与繁荣提供新的机遇,将为人类社会长期的可持续发展发挥重要的支撑作用。
  
  月壤蕴藏丰富的氦—3
  
  地球给予人类的资源极其有限,因此一定要有新的方案来解决人类长期需要的能源问题。
  在深达数米的月壤中均匀地含有丰富的稀有气体原子,其中,最让我们感兴趣的是氦-3,因为相比目前正加速发展的利用氘和氚反应的热核聚变装置来说,用氦-3进行核聚变反应比用氚作燃料具有更多的优点:反应产生的能量更大;反应主要产生高能质子而不是中子,可减少中子对反应装置的放射性损伤,对环境保护更为有利;而从反应物本身而言,氚本身具有放射性,而氦-3则没有。全世界的年总发电量约需100多吨的氦-3,而月壤中的氦-3可供地球能源需求达万年。因此,开发月壤中蕴藏丰富的氦-3对人类未来能源的可持续发展具有重要而深远的意义。
  
   人类的空间活动分三个领域
  
  人类的空间活动大致分三个领域:一是卫星,就是以地球为中心的航天活动;二是载人航天;三是对太阳系的探测和深空探测。其中,卫星应用和载人航天有一个共同的特点,即都是低轨道,都是以地球为主要引力场的空间活动;在卫星应用和载人航天取得重大成就的基础上,再向更广阔的太阳系空间进行探索。
  月球探测是深空探测的起步和门槛。从1960年起,我国一直跟踪国外的探测。经过几十年的跟踪研究,又经过十年的综合论证,2004年1月23日,温家宝总理亲自批准中国月球探测的立项,总经费14亿元人民币。
  
  月球探测要做的4件大事
  
  我国的整个探月工程有明确的科学目标,同时又具有探索性。中国现阶段将要实现的月球探测需要做四件事情:
  第一,目前的月球地图在纬度70~90度的南北极区范围还有空白,我们预计做一个较全面的全月球的立体地图。
  


  第二,人类分析过月球上铁、钛、铀、钍、钾5种元素,我们计划用一年的工作时间再多做9种元素分析,并且做一个干涉成像光谱,把月球的矿物分布表示出来,从而为分析月球岩石的类型打下基础。
  第三,我们想用微波辐射技术来测定月球表面的温度,同时了解月球土壤的特征和厚度——这也是国际上第一次进行全月球的月壤厚度测量,从而得到月球表面年龄及其分布、估算月球表面核聚变发电燃料氦-3的分布及资源量。
  第四,我们要探测4~40万公里地月的空间环境,探测太阳宇宙线高能带电粒子和太阳风等离子体,研究太阳风和月球以及磁尾和月球的相互作用,对深入认识这些空间物理现象对地球空间以及对月球空间的影响有深远的科学及工程意义。
  
  探月工程是一件持续相当长时间的事情
  
  我国的嫦娥一号发射成功,对我们来说,也只是万里长征走出第一步。因为发射成功并不意味着我们能够很好地得到科学数据。得到了科学数据也并不意味着我们能作出高水平的科学研究成果,探月工程是一件持续相当长时间的事情。
  嫦娥一号发射成功了,火箭和卫星分离了,只能说火箭成功;卫星到达月球,开始工作了,说明卫星是成功的;即使传下数据,只能表明可以传下数据;卫星要绕月工作一年,这一年中全部数据都必须完全准确接收;另外,我们还要对数据作科学处理,作出各种研究成果。
  对我们来说,嫦娥一号成功发射只是刚刚起步,后面的科研工作压力更大,也意味着我们以后要付出更大的努力和更艰辛的劳动。
  
  中日两国探月各具特色、各有千秋
  
  9月14日,日本月亮女神搭乘H2A-13火箭成功飞天,一时举世瞩目。日本月亮女神整个卫星共重3吨左右,科学探测仪器约有300公斤,一共15件仪器,承担很多科学目标的探测。他们的总投资相当于21亿元人民币,其设计是一个大卫星配合两个小卫星工作。
  日本月亮女神科学目标的制定非常有特色,但总的看来,中日两国的探月科学目标非常相似。不外乎第一探测月球的地形、地貌、立体图,第二测量月球表面各种化学组成、矿物成分和岩石类型,第三探测地月空间环境和月球空间环境。
  日本的科学家花了很大力气测量月球的重力场,包括重力场的分布、结构等。日本科学家用主卫星和子卫星配合精确测轨反演月球重力场,包括月球背面的重力场。他们在这方面花了很大功夫,设计非常精巧,今后可以做出非常漂亮的工作。
  我国的月球探测也是根据轨道的测量结果来反演月球的重力场。另外,我们用微波探测仪测量月球表面的微波辐射亮度、温度,探测月壤特征,同时反演月球土壤的厚度,此外还要进一步估算氦-3的资源量。月壤的厚度代表月球演化的重要经历,这方面的工作日本科学家没有做。
  
   月球探测必然走向国际合作
  
  日本、中国、印度月球探测发射的时间如此接近,以后3个国家在月球探测方面开展实质性的合作是很自然的事情。
  因为每个国家的探月工程都承担了一项义务:探测的结果最后都要向全人类公布。这么做是必须的,这是国际上的惯例。
  


  首先,在第一年,每个国家会把全部数据处理好,开展科学研究,尽量作出高水平的科学成果。研究一年后,各国按照惯例应把探测数据向全世界公布,这是全世界应该共享的数据。
  将来印度的月船1号发射的时候,我国的嫦娥一号还在工作,在不久的将来,月亮女神、月船1号与嫦娥一号能共同探测月球。在探测月球上三国的科学家能更好地互相补充、相互交流,这也有利于彼此促进、更好地充实人类对月球的认识,对此,大家也寄托了极大的希望。
  最后,我国在基本完成不载人月球探测任务后,根据当时国际上月球探测发展情况和我国的国情、国力,可进一步研究、拟定我国载人月球探测的战略目标和发展规划,择机实施载人登月探测以及与有关国家合作共建月球基地。
  
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  “嫦娥”长得什么样
  生就一副“四方脸”,长着能辨别月球14种元素的“火眼金睛”和能接收38万公里外地球上信号的“顺风耳”,穿着能阻挡太阳辐射的金色“外套”……随着嫦娥一号卫星的顺利升空,盖在她头上的神秘盖头也终于揭开。
  绕月探测工程卫星系统主任设计师饶炜介绍,嫦娥一号卫星和所有人造卫星一样,由卫星平台和有效载荷两部分组成。卫星总重2350公斤,从外表看就是一个方方正正的大盒子,本体尺寸为2000毫米×1720毫米×2200毫米。
  由于要进行距地球38万公里的深空探测,而且月球与地球、太阳的相对关系比较复杂,因此嫦娥一号卫星与一般的地球卫星相比,加装了能够与地球进行通信信号传输的定向天线,搭载了对月球进行探测的8种探测仪器,在制导、导航与控制、星上热控和电源分系统设计等方面进行了许多创新,在轨道、测控、制导、导航与控制系统和热控分系统等方面也都有自己的独特之处。
  “虽然嫦娥一号卫星的运行寿命预计只有1年,但它作为中国人开始深空探测的先驱,将永载史册。”饶炜说。
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