嫦娥四號升空探月開啟中國深空探測大門

嫦娥四號升空探月開啟中國深空探測大門

“地球是人類的搖籃,但人類不可能永遠被束縛在搖籃裡”。——俄羅斯火箭專家齊奧爾科夫斯基

2018年12月8日凌晨2時23分,我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射嫦娥四號探測器,開啟了月球探測的新旅程。

自古至今,月亮是人類能夠觀察到的最清晰的天文現象。“詠月”也成為古代詩詞中的一大主題,而關於月亮的神話傳說也數不勝數,比如廣為人知的嫦娥奔月,傳說中的玉兔和廣寒宮。

月亮的神秘感吸引著人類不斷去探索,而隨著科技的進步,人類更是有了近距離接觸月亮的可能。國人探月的悠久情結更是寄託在了“探月工程”,大家都接地氣地稱之為“嫦娥工程”。

眾所周知,中國的“探月工程”分為“繞”、“落”、“回”三部曲,陸續由由嫦娥一號、二號、三號、四號和五號完成。其中,尚未發射的嫦娥五號將實現“回”的目標。嫦娥四號則是正在開展的探月工程的重要的階段,其承載了眾多“首次”,而且任務艱鉅。

但“探月工程”已經成為中國深空探測的第一站,是實現中國人千百年來從仰望星空、思索星空發展到走入星空、探測星空的基礎。也是人類“再造一個地球”的必經之路。

神秘的月球背面

“我對嫦娥四號非常有信心!”中國空間技術研究院技術顧問、中科院院士葉培建在接受《中國科學報》近期的採訪時表示。

嫦娥四號2018年12月如期在西昌衛星發射中心發射,這是在嫦娥三號完成落月任務之後,葉培建再次爭取到的發射任務,這次嫦娥四號要落在月球背面。“這是個創舉”。

因為,嫦娥四號首次嘗試在月球背面軟著陸,首次在拉格朗日L2點進行月球中繼通信、首次在月球背面進行巡視勘測、首次在月球背面利用其特殊環境開展甚低頻科學探測等。

月球背面地形複雜,而且月球擋住了電磁波,使得地球上難以遙控和指揮背面的探測器,相對於正面,在月球背面軟著陸的難度要大得多。既然如此,為何非要在背面著陸?

中國月球探測工程首席科學家歐陽自遠在公開演講中表示,因為宇宙有很多的信息,特別長波輻射,到不了地球,這意味著很多宇宙的重要信息人類一點兒都不知道。“這是地球的電離層的干擾,不但乾擾了我們整個的地球,把月球的正面也乾擾了,所以科學家希望能夠在背面接受這部分信號,這是唯一的一個地方,所以我們一定要到月球背面去。”歐陽自遠表示。

第二,月球正面訴說著30億年到40億年這段歷史,但是大於40億年到45億年,最古老的歷史,正面得不到。

“月球背面砸了一個大坑,1000多公里,把裡面老的東西都給扒拉出來了,就降落在那,這樣可以做出月球最古老的5億年的歷史,球的歷史才搞清楚,只有到那去才行。所以必須到月球背面,這是我們今年要完成的任務。”歐陽自遠認為。

其實,早在今年5月,嫦娥四號的中繼衛星——鵲橋已經成功實施軌道捕獲控制,進入環繞距月球約6.5萬公里的地月拉格朗日L2點的Halo使命軌道。

“鵲橋”的命名很形象,顧名思義就是要為嫦娥四號探測器提供地月中繼通信支持,解決與月球背面通訊問題,提供地月中繼通信支持。

探月史

嫦娥四號是我國“探月工程”的重要一步。

1957年蘇聯發射了第一顆人造衛星,宣布了人類空間時代的到來。1960年蘇美開始了火星探測,1961年加加林上天,1969年阿姆斯特朗登上了月球。但是那個時候我國一窮二白。改革開放後,1994年,我國開始進行探月活動可行性和必要性的研究;2001年進入論證階段;2004年,經過10年醞釀,探月工程正式立項。

同時,提出中國的“探月工程”將分為“繞”、“落”、“回”3個階段完成:即第一階段研製和發射我國首顆月球探測衛星,實施繞月探測;第二階段實現首次月球軟著陸和自動巡視勘測,實現“登月”後的科研勘察;第三階段實現首次月球樣品自動取樣返回探測,帶回真實的月球樣本。

按照規劃,2007年10月24日,嫦娥一號從西昌衛星發射中心升空,並順利完成任務。這是我國首次月球探測工程的成功,是繼人造地球衛星、載人航天飛行取得成功之後,我國航天事業發展的又一里程碑,標誌著我國已經進入世界具有深空探測能力的國家行列。

2010年國慶節發射了嫦娥二號,衛星軌道合計、導航控制、熱控、X波段測控、微小相機成像等各技術驗證項目都按程序飛行兵取得了成功。

作為探月二期工程先導星,不僅在探月成果上更進一步,還為後續落月任務奠定了基礎,並且成功開展了多項拓展試驗。其完成了地日拉格朗日2點探測,以及對圖塔蒂斯小行星的飛越探測,取得了珍貴的科學數據。

歐陽自遠透露,那時候最操心的是太陽老爆發產生一些問題,對地球有很大的威脅,嫦娥二號打開儀器檢測太陽,飛到L2點,監視體驗,一直在那235天,得到很多數據。

2013年12月2日,嫦娥三號探測器完成落月任務,據了解,當時嫦娥三號降落到了製定地點——彩虹灣。

“要降落到指定地點,最大的問題是不能用降落傘,因為表面是真空,用降落傘也是白搭,一點用都沒有。越掉越快,不控制要摔得粉碎,因此,在其底下安了發動機,一面往下掉,一面往上推,慢慢掉,最後調到距離地面100米左右。”歐陽自遠講述道。

這剩下的最後100米意味著著陸器要自行判斷,因為傳回拍照需要1.3s,再從地球傳過指令又需要1.3s,對100米的距離這樣的時長是不允許的。因此,嫦娥三號的著陸器高等智能,自己判斷成功著落。

“後來,中國向國際申請,把這個彩虹灣命名為廣寒宮,2015年得到了批准。所以月亮上有一個真正的廣寒宮,以中國命名。”歐陽自遠自豪地表示。

正在執行任務的嫦娥四號也創造了多個首次。尚未發射的嫦娥五號則肩負了“回”的任務目標。嫦娥五號之後,中國探月三期的目標將全部完成。

但中國進一步探月的腳步不會停止,緊接著迎來探月工程的第四期:開展以機器人為代表的月球南北極探測、建立無人的月球科考站,讓著陸器、機器人和地面上的人更好地聯合工作等。

打開深空探測大門

對於探月工程的意義,零壹空間CEO舒暢表示,探月工程是人類共同的任務與使命,代表了人類對未知的探索和嚮往,人類總有一天要離開這個孕育人類的星球,走向更加深遠的宇宙空間。

“ 月球資源已經成為未來航天大國戰略角逐的一片熱土。”舒暢表示。

從目前已經取得的月球探測成果表明,月球上特有的能源和礦產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。

“中國雖然錯過了第一輪探月,但在新一輪的探測熱潮中,決不能落後。”舒暢認為。

北京大學地球與空間科學學院助理研究員郭弟均也表示:探月工程是中國深空探測的第一站,對未來月球基地建設、資源開發利用,以及其它地外天體的探測具有開創性和指引性的意義,是實現中國人千百年來從仰望星空、思索星空發展到走入星空、探測星空的基礎。

未來宇航研究院創始人牛旼認為,我們國家探月工程雖然起步時間晚於前蘇聯和美國,但是起點很高,實現了跨越式的發展。

相比其他國家,我國探月工程成本低,比如2007年發射的嫦娥一號作為首個探測任務總經費僅有“北京市修兩公里地鐵的錢”。

雖然成本低,當任務成功率高,阿波羅時期美國和前蘇聯的月球探測任務中,約有三分之一的任務是失敗或部分失敗的,而中國前面的三次探月任務均獲成功。這雖然與現代技術的發展密不可分,但作為中國探月從無到有的跨越依然是充滿困難和挑戰的,這些成績也鼓舞中國人將這項事業繼續成功地發展下去。

另外,現階段中國探月工程以工程目標為主,科學目標其次。郭弟均也提醒道,中國探月工程的經費主要用於前期探測任務的順利研發,對後期數據分析和科學研究方面的經費支持很少。

但探月工程系列的成功標誌著中國打開了深空探測的大門,有能力有實力對地球之外的天體進行探測甚至著陸,是對中國科技水平的檢驗和展示,有助於提高中國在國際上的地位,提高中國人的自豪感。

再造一個地球

2020年將迎來第一個一百年。而在中國航空航天領域有著一個重要的計劃:按照目前的計劃,2020年左右,中國首次火星探測將一次實現繞飛、著落和巡航,這是國際上沒有先例的;2025年-2030年,第二次探測將實現從火星取樣返回。

而在“嫦娥之父”、中國月球探測工程首席科學家、中科院院士歐陽自遠心中有著個“再造一個地球”的夢想。

歐陽自遠公開場合演講時講述了火星探測的必要性:到火星上乾什麼?火星上有沒有生命?第二,火星本體有很多科學問題。第三要了解火星的環境,科學家有一個最大的夢想,地球承載著很多人,全部的人類,但是這個地球不安全,有很多潛在的危險,再加上人類自己犯的錯誤,把地球搞得都不能居住了,這些問題我們一定要給人類準備第二個棲息地。沒有選擇,最好的就是改造火星。

目前,人類已經對火星探測了40多次,美國曾於2011年發射了“好奇號”火星探測器。2012年8月,好奇號成功登陸火星表面,是世界上第一輛採用核動力驅動的火星車。

歐陽自遠表示,將火星改造成一個適宜人類生存與發展的綠色星球,至少有7個主要科學技術問題:提高火星表面溫度,增加打氣濃度,改變打氣組分;建立火星表面生態環境;建立火星農牧業;解決糧副食品自給;建設能源和原材料工業設施;建設人類生活基礎設施;實施火星旅行或火星移動。

不過,對於改造火星的願望,眾多科學家認為這不是一朝一夕可完成的,需要漫長的階段,可能需要200-300年的時間。

無論是探月工程還是火星的探測,都代表著人類對未知的探索和嚮往。人類終究不會永遠束縛在地球這個搖籃裡。

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