书城工业技术遥远的使命——空间探测器
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第25章 登月竞赛

“月亮女神”号探测器

40多年前,美国“阿波罗-11”号第一次在月球上留下了人类的足迹,也留下了许多尚未解开的谜团。30多年后,日本“月亮女神-1”号启程探月,试图完成“阿波罗”号未尽的事业。“月亮女神-1”号有三大科学目标:研究月球的起源和演变;获得月球表面环境信息;在月球轨道上进行电波学研究。

“月亮女神-1”号探测器主要分为三部分:月球轨道器和2个小探测器、通信中继器和重力测量器。

“月亮女神-1”号要寻找月球上是否曾经存在岩浆海洋的确切证据。“阿波罗计划”后,科学家猜测:月球是空心的。月球诞生后不久,表面被岩浆海洋所覆盖,陆地浮在岩浆海洋之上。不过,“阿波罗”号未能找到确切证据。“月亮女神-1”号将携带月球雷达测深器,希望找到岩浆海洋存在的有力证据。

月球的磁场也是有待探究的谜团。“阿波罗”号带回来的岩石带有微弱的磁场。这是否暗示着月球过去也像地球一样拥有足以产生磁场的铁核?这一研究课题可能由“月亮女神-1” 号取得突破。“月亮女神-1”号还要为月球上是否存在水寻找答案。“月亮女神-1”号在为期一年的观测生涯中,还将研究月球上的火山、测定月球的重力场、研究月球的等离子环境及月球深处的演化。

为了实现这些心愿,日本迈出了登月第一步。2007年9月14日,日本“月亮女神-1”在日本种子岛航天中心发射。“月亮女神-1”号探测器将在月球的南极和北极分两次发射小探测器。

2009年6月10日,“月亮女神-1”号自己充当撞击器,速度为6000千米/时,击中月球东经80.4°,南纬65.5°。“月亮女神-1”号的碰撞可将动能转变为热能和光能。地球上的太空望远镜看见了撞击月球的几秒钟的闪光。

“月亮女神-2”号预计于2015年发射,“月亮女神-3”号预计于2017年发射。这些探月计划包括月球车、月球望远镜研制以及在月球表面建立科学设备网络等内容。

日本准备在几年后登月,30年内建立月球基地,自己也当一次月亮女神。日本月球天文台也有望于2010~2020年建立。日本还将在2025年之前建造空天飞机或新动力飞船登陆月球。

“月球首航”号探测器

2008年10月22日,印度首个月球探测器——“月球首航-1”号,在印度南部萨迪什?达万航天中心发射升空。11月8日进入月球轨道。印度成为俄罗斯、美国、欧洲、日本和中国后,世界上第6个进行月球探索的国家。

“月球首航-1”号由印度空间研究组织研制。它是一个1.5米×1.5米×1.5米的立方体,发射重量1304千克,月球轨道重量590千克,有效载荷80多千克,设计寿命2年。

“月球首航-1”在月球工作轨道的高度为100±15千米的圆轨道,倾角 90°±0.5°,周期117.6分钟。“月首航-1”号在接近月球的过程中,测器将会不断对月球进行拍摄、探测为未来月球车选择着陆的位置。

2008年10月29日,探测器传回批地球照片。11月14日,探测器携带“月球撞击探测器”撞击月球。“月首航-1”号发射一枚带有印度国旗案的月球撞击探测器。月球撞击探测以75米每秒的速度从“月球首航-1号上弹出。它飞行20分钟后,成功撞月球,形成一个37.5厘米×37.5厘米深47厘米的探坑。

2008年12月25日,因为探测器的温度太高,印度停用了11个仪器中的一分。2009年4月,两个星敏感器因高温出现问题,不久停止工作。2009年8月3日,印度正式宣布“月球首航-1”号任务提前结束,95%的任务都已经完成2009年9月,印度科学家宣布:“月球首航-1”号在月球发现了水。

印度的登月计划分三步走:第一步是2008年发射无人探月器,进行第一次月之旅,现在已经完成。2013年,印度将发射“月球首航-2”号,并计划与俄斯合作共同完成将一辆月球车送到月球表面。第二步是在2020年将宇航员送上空。第三步是在2025年将宇航员送上月球。

“月球首航-2”号总重量约2457千克,包括着陆器和轨道器。轨道器和着器将连在一起前往月球。轨道器的任务是将探测器送往月球,围绕月球轨道飞重约1317千克,其中轨道器重487千克,包括有效载荷50千克;轨道器的推进830千克。

现在,最激动人心的部分是月球着陆器。月球着陆器由俄罗斯研制,重1100千克,其中月球车重达420千克,推进剂680千克。印度空间研究组织已经提前为“月球首航-2”号看好了在月球表面降落的地方。当月球车隆隆登陆月球的时刻,印度又向太空迈进了一步。

“重返月球”计划

为纪念“阿波罗-11”号登月40周年和美国国家航空航天局成立50周年,2009年6月18日,美国国家航空航天局在肯尼迪航天中心发射两个月球探测器,号称“重返月球”探测器,一个称为“月球轨道勘测”飞行器,一个称为“月球坑观测与传感”探测器。美国“重返月球”计划拉开了大幕。

“月球轨道勘测”飞行器重约1000千克,设计寿命1年,携载有7种科学仪器。它的科学任务是:勘测月球资源,观察月球辐射环境,测试新的探月技术,绘制高清三维月球地图,顺便搜寻“阿波罗”号宇宙飞船和登陆地点。

“月球轨道勘测”飞行器围绕月球的极低轨道飞行,高度只有50千米,几乎擦着月球表面飞行,创造月球极低飞行纪录。飞得低看得清。它围绕月球轨道飞行几天,就给科学家带来惊喜。它发现了“阿波罗-11”号登月舱的身影,看见了“阿波罗-14”号的登月舱和登月车,两行车辙仍然保持完整,像50年前一样清晰。“月球轨道勘测”飞行器几天内找到了5艘“阿波罗”飞船的影子,“阿波罗-12”号很快也找到。

“月球坑观测与传感”探测器,又称为“牧羊航天器”,重880千克,装备了高清晰照相机和多种探测器。它的科学任务是:在月球表面实施两次撞击,在地表之下寻找月球水冰存在的线索。“牧羊航天器”与2吨的运载火箭第二级——“半人马座”在绕月飞行中一直连接在一起。2009年10月9日,美国国家航空航天局在约翰逊航天中心指挥探测器,先后“双击”月球南极的一个名为“凯布斯”陨石坑。

撞击,是一些月球探测器的最终命运。2009年10月9日,撞击前10小时,“半人马座”火箭与“牧羊航天器”分离。它按时脱离月球轨道, 15分钟内冲向月球,2.2吨重的“半人马座”火箭执行第一次撞击。美国东部时间7时31分,“半人马座”火箭以2.5千米/秒的速度撞向“凯布斯”陨石坑,形成一个深4.8米、方圆30米的深坑。

第二次撞击由“牧羊航天器”自己执行。美国东部时间7时35分,“牧羊航天器”义无反顾的撞向“凯布斯”陨石坑,撞开了一个深约3米、方圆14米的深坑。

当“半人马座”与“牧羊航天器”撞击月球时,“月球轨道勘测”飞行器在距离月球80千米高度观察拍摄。撞击形成的羽状喷射物高达10千米,用于分析月球是否存冰水物质、水蒸气、水碳化合物。

探测器看不见自己撞击月球的壮烈悲惨,但科学家能看见它的最后亮相和学成果。这次撞击将撞开月球的许多秘密,撞开人类的眼界和思想。2009年11月13日,国国家航空航天局宣布:“凯布斯”陨石坑现了水。探测器在撞击月球时,月球上击起点6000米高的尘埃,其中含有约25加仑的水“真真切切,我们发现了水。”这一成果为类了解月球翻开了新篇章,人类登月的速度加快。

因资金问题,2010年“重返月球”计划消。

“嫦娥一号”月球探测器

月亮,在中国人的眼里是很富有想象的。月亮上的嫦娥舒展广袖翩翩起舞;吴刚酿制美酒奉送众人品尝;玉兔依偎在桂花树下,静静倾听美妙的童谣…… 月球但传递着中华民族的优秀文化,还是中华民族聪明才智的友好使者。

中国探月工程设想分为三步走,2020年前后完成。

“嫦娥一号”月球探测器是中国探月工程第一步。它将为中国带来新的月球资料,新的月球视野。几千年来,中国人要第一次出远门,到嫦娥居住的月球做客。”嫦娥一号”月球探测器就是第一个去月球的亲戚。

科学家设计了探测月球的日程表、路线图和时间表。一般都是先派探测器,到月球的上空探测考察月球;再派探测器登陆月球;成功以后,再派登陆车登陆月球;最后派人登陆月球。

许多媒体将“嫦娥一号”称为月球卫星,其实称为月球探测器更科学。我们知道,围绕恒星运转的是行星,围绕行星运转的是卫星。“嫦娥一号”只围绕地球运转了几天,就奔月球而去。这几天,“嫦娥一号”可以称为卫星。“嫦娥一号”的任务是去月球执行探测任务,因此“嫦娥一号”是一个探测器,而不是卫星。

“嫦娥一号”月球探测器,外形为2.2米×2.2米×1.72米的六面立方体,重量为2350千克,设计寿命为一年。它的两侧各装有一个大型展开式太阳能帆板,当两侧太阳翼完全展开后,最大跨度可以达到18米。

根据科学家的精确设计,“嫦娥一号”经过10~12天的飞行,接近月球轨道时开始“刹车”,在两条“智慧曲线”之间,靠月球引力进入月球轨道。“嫦娥一号”起动发动机制动,进入月球200千米轨道,进行环月探测,不再返回地球。

“嫦娥一号”有4个科学任务:拍摄月球表面三维影像,分析月球元素含量和分布,探测月壤特性,探测地月空间环境。任务不多,但都很艰巨。

“嫦娥”奔月路线图

由于中国是第一次探测月球,为了安全到达月球,中国科学家为“嫦娥一号”设计了一条科学合理的“奔月”路线图。

人类共有4种绕月探测的路线方式。第一种,运载火箭将月球探测器送入地球的圆形轨道,然后探测器再进入地月转移轨道,最后到达月球。第二种,运载火箭将月球探测器送入环地球的大椭圆轨道,探测器围绕椭圆轨道越转越大,然后变化轨道,从绕地球转变为飞向月球,加速进入月球轨道,并到达月球。第三种,运载火箭将月球探测器送到地月转移轨道,探测器加速进入月球轨道,最终转移到达月球轨道。第四种,月球运载火箭直接将月球探测器送入地。

为了用最小的代价实现奔月成功,经过精确的分析和计算后,“嫦娥一号”最终选择了第二种方式。

“嫦娥一号”月球探测器将沿着这条设计精妙的地月转移轨道飞向月球,在飞行114小时后到达月球的上空。

“嫦娥一号”月球探测器从起飞到进入地月转移轨道的飞行过程中,多经过中国上空。如果地理位置、天气条件允许的话,我们可以用肉眼观察到现“嫦娥”奔月的景象。

第一次亲密接触

2007年10月24日,“嫦娥一号”带着中华民族的希望,在西昌卫星发射中搭乘“长征——3A”号运载火箭成功进入太空,到达月球。11月26日,“嫦娥号”发回了第一张月面照片。

“嫦娥一号”搭载了30首中国歌曲,从月球传来。30首优美的歌曲为:《不说俺家乡好》、《爱我中华》、《歌唱祖国》、《梁山伯与祝英台》、《青高原》、《高山流水》、《草原上升起不落的太阳》、《阿里山姑娘》、《半月亮爬上来》、《在那遥远的地方》和《但愿人长久》等。韶乐自天上来。你听过了吗?

“嫦娥一号”还拍摄了全月球三维数字地形图。

2009年3月1日,“嫦娥一号”进行月球撞击,将古老的月球表面撞出了一个小小的浅坑,溅出月壤和火花。科学家想看看月球的伤口是怎样被撕裂的,又是如何愈合的,并从中发现一些月球的秘密。

常回家看看

2010年10月1日,“嫦娥一号”的妹妹——“嫦娥二号”在西昌卫星发射中心升空。“嫦娥二号”探测器不再“绕地三圈”,然后再飞向月球,而是直接飞向月球,进入绕月轨道。

“嫦娥二号”要获得更清晰更详细的月球表面影像数据和月球极区表面数据。科学家给“嫦娥二号”装备了十分先进的高清晰相机,分辨率比“嫦娥一号”高出许多,达到10米左右。看看环形山、看看月球的背面长得什么样?

小妹妹“嫦娥三号”也将出生。2013年,中国航天科技集团公司制造的“嫦娥三号”着陆器将登陆月球。“嫦娥三号”重3750克,由120千克的着陆器和月球车组成。着陆器的特征十分明显,有3只爪子,一根装着照相机的桅杆,一个高科技的机械手;月球车有6个轮子,载重20千克。着陆器的着陆点第一方案在位于月球赤道附近的虹湾地区。“嫦娥三号”将进行一次飘忽忽的软着陆。它先在月面上空悬停若干秒,如果一切正常,再缓慢下降。在距离月面4米时,发动机关闭,着陆器自由下降到月面。着陆器的3只爪子牢牢地抓住月球,停留在原地科学考察。月球车开下着陆器后,可四处云游,最远可达5千米。

月球车既是摄像师,又是物理学家、化学家、化验员,还兼任通信员。它分析化验过的数据和拍摄的照片通过一个微小的天线发送给地球。月球车在月球的寿命只有90天。如果它幸运的话,可能活更长时间。 祝“嫦娥三号”好运!

有梦想就会有奇迹。未来月球上也会有中国的城市。在月球上会流传着一首中国的歌曲《常回家看看》;当中国人互相打招呼的时候,总是问:回家了吗?家——就是地球。