(China's Lunar Exploration Project)
中國探月
發射人造地球衛星、載人航天和深空探測是人類航天活動的三大領域。重返月球,開發月球資源,建立月球基地已成為世界航天活動的必然趨勢和競爭熱點。開展月球探測工作是我國邁出航天深空探測第一步的重大舉措。實現月球探測將是我國航天深空探測零的突破。月球已成為未來航天大國爭奪戰略資源的焦點。月球具有可供人類開發和利用的各種獨特資源,月球上特有的礦產和能源,是對地球資源的重要補充和儲備,將對人類社會的可持續發展產生深遠影響。中國探月是我國自主對月球的探索和觀察,又叫做嫦娥工程。 國務院正式批准繞月探測工程立項後,繞月探測工程領導小組將工程命名為“嫦娥工程”、將第一顆繞月衛星命名為“嫦娥一號”。“嫦娥一號”衛星由中國空間技術研究院承擔研製,主要用於獲取月球表面三維影像、分析月球表面有關物質元素的分布特點、探測月壤厚度、探測地月空間環境等。
我國繞月探測工程將完成以下四大科學目標:
1、獲取月球表面三維影像。劃分月球表面的基本地貌構造單元,初步編制月球地質與構造綱要圖,為後續優選軟著陸提供參考依據。
2、分析月球表面有用元素含量和物質類型的分布特點。對月球表面有用元素進行探測,初步編制各元素的月面分布圖。
3、探測月壤特性。探測並評估月球表面月壤層的厚度、月壤中氦-3的資源量。
4、探測地月空間環境。記錄原始太陽風數據,研究太陽活動對地月空間環境的影響。
國防科學技術工業委員會副主任、國家航天局局長、繞月探測工程總指揮欒恩傑介紹,由月球探測衛星、運載火箭、發射場、測控和地面套用等五大系統組成的繞月探測工程系統屆時將實現以下五項工程目標:
⊙ 研製和發射我國第一個月球探測衛星;
⊙ 初步掌握繞月探測基本技術;
⊙ 首次開展月球科學探測;
⊙ 初步構建月球探測航天工程系統;
⊙ 為月球探測後續工程積累經驗。
我國航天科技工作者早在1994年就進行了探月活動必要性和可行性研究,1996年完成了探月衛星的技術方案研究,1998年完成了衛星關鍵技術研究,以後又開展了深化論證工作。
經過10年的醞釀,最終確定我國整個探月工程分為“繞”、“落”、“回”3個階段。
第一步為“繞”,即發射我國第一顆月球探測衛星,突破至地外天體的飛行技術,實現月球探測衛星繞月飛行,通過遙感探測,獲取月球表面三維影像,探測月球表面有用元素含量和物質類型,探測月壤特性,並在月球探測衛星奔月飛行過程中探測地月空間環境。第一顆月球探測衛星“嫦娥一號”已於2007年10月24日發射。
第二步為“落”,時間定為2007年至2010年。即發射月球軟著陸器,突破地外天體的著陸技術,並攜帶月球巡視勘察器,進行月球軟著陸和自動巡視勘測,探測著陸區的地形地貌、地質構造、岩石的化學與礦物成分和月表的環境,進行月岩的現場探測和採樣分析,進行日-地-月空間環境監測與月基天文觀測。具體方案是用安全降落在月面上的巡視車、自動機器人探測著陸區岩石與礦物成分,測定著陸點的熱流和周圍環境,進行高解析度攝影和月岩的現場探測或採樣分析,為以後建立月球基地的選址提供月面的化學與物理參數。
第三步為“回”,時間定在2011至2020年。即發射月球軟著陸器,突破自地外天體返回地球的技術,進行月球樣品自動取樣並返回地球,在地球上對取樣進行分析研究,深化對地月系統的起源和演化的認識。目標是月面巡視勘察與採樣返回。
月球探測三期工程主要包括以下5個科學目標:
1. 探測區月貌與月質背景的調查與研究
利用著陸器機器人攜帶的原位探測分析儀器,獲取探測區形貌信息,實測月表選定區域的礦物化學成分和物理特性,分析探測區月質構造背景,為樣品研究提供系統的區域背景資料,並建立起實驗室數據與月表就位探測數據之間的聯繫,深化和擴展月球探測數據的研究。探測區月貌與月質背景的調查與研究任務主要內容包括:
1)探測區的月表形貌探測與月質構造分析;
2)探測區的月壤特性、結構與厚度以及月球岩石層淺部(1~3 km )的結構探測;
3)探測區礦物/化學組成的就位分析。
2. 月壤和月岩樣品的採集並返回地面
月球表面覆蓋了一層月壤。月壤包含了各種月球岩石和礦物碎屑,並記錄了月表遭受撞擊和太陽活動歷史;月球岩石和礦物是研究月球資源、物質組成與形成演化的主要信息來源。採集月壤剖面樣品和月球岩石樣品,對月表資源調查、月球物質組成、月球物理研究和月球表面過程及太陽活動歷史等方面都具有重要意義。月壤岩芯明岩樣品的採集並返回地面的任務主要內容包括:
1)在區域形貌和月質學調查的基礎上,利用著陸器上的鑽孔採樣裝置鑽取月壤岩芯;
2)利用著陸器上的機械臂採集月岩/月壤樣品;
3)在現場成分分析的基礎上,採樣裝置選擇採集月球樣品;
4) 著陸器和月球車都進行選擇性採樣,月球車可在更多區域選擇採集多類型樣品,最後送回返回艙。
3. 月壤與月岩樣品的實驗室系統研究與某些重要資源利用前景的評估
月壤與月岩樣品的實驗室系統研究與某些重要資源利用前景的評估任務主要內容包括:
1)對返回地球的月球樣品,組織全國各相關領域的實驗室進行系統研究,如物質成分(岩石、礦物、化學組成、微量元素、同位素與年齡測定)、物理性質(力學、電學、光學、聲學、磁學等)、材料科學、核科學等相關學科的實驗室分析研究;
2)月球蘊含豐富的能源和礦產資源,進行重要資源利用前景的的評估,是人類利用月球資源的前導性工作,可以為月球資源的開發利用以及人類未來月球基地建設進行必要的準備;根據月球蘊含資源的特徵,測定月球樣品中He-3、H 、鈦鐵礦等重要資源的含量,研究其賦存形式;
3)開展He-3等太陽風粒子的吸附機理和鈦鐵礦富集成礦的成因機理研究;
4)開展He-3 、H 等氣體資源提取的實驗室模擬研究。
4. 月壤和月殼的形成與演化研究
月壤的形成是月球表面最重要的過程之一,是研究大時間尺度太陽活動的視窗。月球演化在31 億年前基本停止,因此月表岩石和礦物的形成與演化可反映月殼早期發展歷史;月球表面撞擊坑的大小、分布、密度與年齡記錄了小天體撞擊月球的完整歷史,是對比研究地球早期演化和災變事件的最佳信息載體。
5. 月基空間環境和空間天氣探測
太陽活動是誘發空間環境與空間天氣變化的主要因素,對人類的航天等活動有重大影響。在月球探測三期工程中空間環境與空間天氣探測包括以下內容:
1)空間環境探測器
記錄宇宙線、太陽高能粒子和低能粒子的通量和能譜,分析與研究太陽活動和地月空間環境的變化;探測太陽風的成分與通量,為月壤成熟度和氦-3 資源量的估算提供依據。
2)甚低頻射電觀測
在月面安置由兩個天線單元組成的甚低頻干涉觀測陣,長期進行太陽和行星際空間的成圖和時變研究,建立世界上第一個能夠觀測甚低頻電磁輻射的長久設施。
當“繞、落、回”三步走完後,中國的無人探月技術將趨於成熟,中國人登月的日子也將不再遙遠。
繞月探測工程是我國月球探測的第一期工程,即研製和發射第一顆月球探測衛星。該星將環繞月球運行,並將獲得的探測數據資料傳回地面。該工程由探月衛星、運載火箭、發射場、測控和地面套用五大系統組成。現已確定探月衛星主要利用“東方紅三號”衛星平台,運載火箭採用“長征三號甲”火箭,發射場選用西昌衛星發射中心,探測系統利用現有航天測控網,地面套用系統由中國科學院負責開發。
具體計畫是,“長征三號甲”火箭從西昌發射中心起飛,將“嫦娥一號”衛星送入地球同步轉移軌道後實現星箭分離,衛星最後進入環繞月球南、北極的圓形軌道運行,並對月球進行探測,軌道距離月面的高度為200公里。
設計壽命為1年的“嫦娥一號”衛星,攜帶立體相機、成像光譜儀、雷射高度計、微波輻射計、太陽宇宙射線檢測器和低能離子探測器等多種科學儀器,對月球進行探測。它在環月飛行執行任務期間,主要獲取月面的三維影像,分析月面有用元素含量和物質類型的分布特點,探測月球土壤厚度,檢測地月空間環境。其中前3項是國外沒有進行過的項目,第4項是我國首次獲取8萬公里以外的空間環境參數。此外,美國曾對月球上的5種資源進行探測,我國將探測14種,其中重要的目標是月球上的氦—3資源。氦—3是一種安全高效而又清潔無污染的重要燃料,據統計,月球上的氦—3可以滿足人類1萬年以上的供電需求。月球土壤中的氦—3含量可達500萬噸。
嫦娥工程是一個完全自主創新的工程,也是我國實施的第一次探月活動。工程自2004年1月立項,目前已經完成了嫦娥一號衛星和長征三號甲運載火箭產品研製和發射場、測控、地面套用系統的建設。2007年10月24日在西昌衛星發射中心成功發射升空。月球探測是一項非常複雜並具高風險的工程,到目前為止,人類共發射月球探測器122次,成功59次,成功率為48%。中國長征三號甲運載火箭的成功率為100%。