《瞭望》文章：“嫦娥”奔月攻坚破难

　　《瞭望》文章：“嫦娥”奔月攻坚破难

　　中国第一颗人造绕月探测卫星将升空，这既是完全自主创新的高新科技工程，也是一项高风险的科学任务

　　文/《瞭望》新闻周刊记者孙英兰

　　中共十七大的召开和中国第一颗人造绕月探测卫星将升空，被公认为金秋10月中国两件举世瞩目的大事。

　　“我国是第一次进行月球探测，将要面对许多未知因素，解决许多技术难题，而有些事情更是难以预料。因此，这是一项空间探索和探测的事业，是一种开创性的工作。既是一个完全自主创新的高新科技工程，也是一项高风险的科学任务。”中国绕月探测工程月球应用科学首席科学家欧阳自远院士在接受《瞭望》新闻周刊采访时强调。

　　欧阳院士同时也表示，“我们有一支过硬的科技队伍，有严谨的、精益求精的科学态度、科学方法和自主创新的科研能力，我们坚信自己的能力能够成功实现卫星绕月探测；但另一方面，也有一种无形的压力和担心。为确保首发万无一失，在必须做好每一项工作的同时，也要准备很多预案应对许多未知因素，应对特殊情况的出现。”

　　深空探测第一步

　　月球是太阳系中距离地球最近的天体。月球看上去很美，皎洁的月色曾激发了人们无限的想象，我国古代神话中就有“嫦娥奔月”的传说。

　　月球围绕地球转，距离地球最近时大约36万公里，最远时约41万公里。此前，我国卫星到达的最远距离是地球同步轨道，还不到7万公里。可以说，“我国迄今为止所有的航天活动都没有离开地球，只是绕着地球转。”欧阳自远介绍说。

　　月球探测是深空探测的第一步，是对太阳系进行探测的首选目标。脱离地球为主要引力场再进入月球轨道需要解决许多关键的技术问题。“经过近40年的跟踪研究，近10年的酝酿和严格论证，我国的月球探测工程于2004年正式启动。又经过近3年的攻关与研制，目前‘嫦娥工程’五大系统（即卫星探测器系统、运载火箭系统、测控系统、发射场系统和地面应用系统）已通过各项考核验证。”

　　欧阳院士告诉《瞭望》新闻周刊，与其他国家以往的113次月球探测相比，我国的探测工作既有必要的重复性、确认性的探测内容，更有我们独有的、创新性的科学目标和探测内容。

　　据介绍，在国家“863”计划和中国科学院创新计划的支持下，我国科学家提出了中国的月球探测发展战略，即“探”、“登”、“驻”三大阶段，也称之为不载人探月阶段、载人登月阶段和建立月球基地、进驻月球基地进行研究开发阶段。我国目前开展的探月工程属于第一阶段，即不载人月球探测。

　　欧阳院士解释说，不载人月球探测又分为“绕”、“落”、“回”三期：“绕”就是指发射绕月探测卫星，对月球进行全球性、整体性和综合性探测；“落”是指发射软着陆器和月球车在月面软着陆，降落到一个区域，精细地进行区域性就位探测和巡视探测；“回”是指发射软着陆器和月球车在月面软着陆，进行区域性就位探测和巡视探测，采集关键性样品返回地球。

　　中国探月工程特点

　　从美国、俄罗斯、欧洲、日本、印度、德国、英国、巴西等航天国家已公布的探月计划看，在现阶段大家都选择绕月探测作为第一步。各国探月的科学目标和探测内容大同小异，但各有特色。我国的“嫦娥一号”将在世界上首次利用微波的方法探测月壤特性；日本的SELENE—1探测器携带了2个子探测器，在世界上首次探测月球背面的重力场；而印度在探测器小型化方面做得很有特色。

　　中国探月工程一期的主要方式是“绕”。为实现绕月探测，“嫦娥一号”卫星上装有我国自主研发的8台套科学仪器，如CCD立体相机、激光高度计、成像光谱仪、伽玛射线谱仪、X射线谱仪、微波辐射计、高能粒子谱仪和低能离子谱仪，对月球进行全球性与综合性探测，实现科学目标的要求。“嫦娥一号”上的所有科学仪器设备都是中国人自己攻关、研制成功的。

　　探月工程二期的主要目标是“落”，着陆探测器将“登陆”月球，并释放出一辆小型的月球车。月球车携带多种科学仪器在月面漫步，开展巡视探测，着陆器上的各种科学仪器也同时开展就位探测工作。

　　三期工程的核心内容是“回”。首先，运载火箭将月球轨道器、携带月球车的着陆器飞到近月空间，轨道器绕月球运行，开展绕月探测；着陆器在月球表面着陆后释放出一辆小型的月球车，月球车携带多种科学仪器在月面开展巡视探测与巡视取样，着陆器上的各种科学仪器也同时开展就位探测，再使用机械臂自动采集月球表面的岩石和月壤样品，装入返回舱。然后，返回舱点火飞离月球，最终把样品带回地球。

　　欧阳院士强调，与“绕”、“落”相比，“回”的技术要求更高、更复杂。掌握了“回”的技术，就意味着我们向载人登月又迈进了一大步。

　　从目前掌握的资料看，美国计划在2018年实现载人登月；俄罗斯计划2015年前登月，2020年在月球建立一永久基地；欧空局重返月球的“曙光计划”将在2020～2035年载人登月，建立月球基地；日本计划在未来20年内建成无人月球基地。

　　也就是说，今后10年内，全世界没有一个国家有能力实现载人登月。绕月探测总指挥栾恩杰说：“中国现在有能力把宇航员送到月球上去，但是只有单程票，回不来。”中国一定会加快速度，扎实工作，攻克难关，努力实现载人登月的梦想。

　　攻克探月技术五大难点

　　欧阳院士在接受《瞭望》新闻周刊采访时强调，我国的绕月探测工程完全是我国工程科技人员和科学家自力更生、自主创新的结果。由于种种原因，中国在空间领域吸收外来技术上阻力重重，在“前有堵截、后有追兵”的情况下，中国的探月和登月技术必须自力更生。

　　欧阳院士回忆说，“嫦娥”工程的实施遇到过无数难题，印象比较深的是几大难点，包括轨道设计与飞行过程控制、卫星姿态的三矢量控制、卫星环境适应性设计与远距离测控与通信等。欧阳院士详细解释了这几方面的问题。

　　第一个是奔月轨道很难设计。因为一个月只有一次“零窗口”的发射机会即进入月球的某个最佳位置，而某一次“零窗口”中又只有35分钟的时间调整是可以接受的，也就是说，一个月只有35分钟可以发射，若偏离零窗口的时间超过35分钟，调整到设计的标准轨道就要消耗更多的燃料。

　　第二个难点是三轴定向。卫星姿态调整要达到“三个对准”：太阳能帆板要对准太阳，通信天线要对准地球，探测仪器要对准月球。但是，太阳、地球和月球一直在运动，相对位置一直在变化，如果卫星姿态调整不到位就很难开展探测工作。

　　第三个难题是远距离测控。深空探测要求测控系统的传输能力要达到足够远的距离。“嫦娥一号”从地球飞向38万公里以外的月球，距离实在是很远了。要实现科学目标，要求远距离测控精确，就是需要攻克的难题。我们过去有非常好的测控系统，但是毕竟有限，我们又加了一套系统，用了4个全国最大的射电望远镜，联合起来进行甚长基线干涉测量，辅助原有的测控系统。两套测控系统相互结合，实现精确测轨定位的要求，达到了我们的目标。

　　第四个难题是远微弱信号的远距离接收。几十万公里的信号传输下来衰减得很厉害，一定要有大功率的大天线接收数据。为此，我们新建了一个直径50米的天线和一个直径40米的天线，用来接收探测数据，现在工作非常正常。

　　第五个就是月食问题。月食是指地球在运行过程中，影子挡住了月亮，太阳光射不到月球上，这时月球是黑的，这个过程大约会持续五六个小时，而“嫦娥”上的蓄电池需要不停地充电、放电，如果出现“月食”，如何解决蓄电池较长时间的供电问题。类似问题，在工程实施过程中何止几百个！目前，经过科技人员的努力，这些难点都已获得突破。

　　《瞭望》新闻周刊从国防科工委获悉，今年上半年，绕月探测工程曾进行了卫星、地面、测控三个系统参加的星地大回路演练，全面模拟了卫星飞行任务全过程组织实施情况。结果表明，各大系统已经具备完成绕月卫星发射任务的能力。

　　“嫦娥”奔月四大任务

　　“嫦娥一号”奔月路线已经确定。今年8月16日，绕月探测工程卫星系统副总设计师孙泽洲做客国防科工委网站，孙泽洲表示，“嫦娥一号”的“奔月之旅”大约需要10～12天的时间才能飞到月球附近。卫星从地球发射升空后，先绕地球转5～7圈，轨道呈椭圆形，近地点200公里，随后调整到600公里，远地点分别为51000公里、71000公里、121000公里。卫星在进入使命轨道前需要进行9～10次变轨。“嫦娥一号”的任务是环月探测，工作寿命是一年，不再返回地球。

　　欧阳院士告诉《瞭望》新闻周刊，在“嫦娥工程”中，有多项工作我们力争比别人做得好一些，如全月面的三维立体影像和14种重要元素的全球分布等；有些工作目前国外还没有做过，如我们准备测量全月面的月壤厚度、研究月壤的特性等。

　　据了解，此次“嫦娥”奔月主要将完成以下四项科学探测任务：

　　一是获取全月球表面三维立体影像，精细划分月球表面的基本地形和地貌单元，进行月球表面撞击坑形态、大小、分布、密度等的研究，为类地行星表面年龄的划分、地质构造区划和早期演化历史研究提供基本数据，并为月面软着陆区选址和月球基地位置优选提供基础资料等。国际上已有的月球探测还没有完全成功获取全月球表面三维立体影像，比例尺偏小，留下多处空白区，尤其是两个极区，“嫦娥一号”将弥补历史的缺陷。

　　二是探测月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点，主要是勘察月球表面有开发利用前景的钛、铁等14种元素的含量和分布，绘制各元素的全月球分布图，月球主要矿物和岩石类型与分布专题图等，发现各元素在月表的富集区，评估月球矿产资源的开发利用前景等。1998年美国发射的“月球勘探者”号探测过月球表面铁、钛、铀、钍、钾5种元素的全球分布，我国的月球探测再增加9种元素。

　　三是探测月壤特性，利用微波辐射技术，获取月球表面亮度温度分布，反演月壤的厚度，推算月球表面的年龄及其分布，并在此基础上，估算全球月壤中核聚变发电燃料氦-3的分布及资源量等，这是国际上首次开展的科学探测。氦-3是今后重要的能源之一，所以这项工作非常有意义。

　　四是探测地—月空间环境。月球与地球平均距离为38万公里，处于地球磁场空间的远磁尾区域，卫星在此区域可探测太阳宇宙线高能粒子和太阳风等离子体，研究太阳风和月球以及地球磁场磁尾与月球的相互作用等。

　　探月风险不可低估

　　“与美、俄的探测相比，我们在科学探测方面有相似的内容，更有创新的工作。”欧阳院士再次表示，月球探测是一项高风险的科学探索，到目前为止，人类共发射月球探测器113次，成功59次，成功率仅为52%。国外探月计划成败的统计证明，我国的探月工程也存在风险。

　　欧阳院士分析说，从卫星系统分析，主要的风险是环月前卫星9～10次的变轨是否能准时、精确地完成，其中最为关键的是第三次近地点和第一次近月点变轨。近地点指卫星加速离开地球，逐渐脱离地球为主要的引力场。近月点指卫星进入月球轨道。这两次变轨均具有短暂性和惟一性的特点。我们已从方案设计、产品质量控制、试验验证、制定预案等多方面着手，来降低风险。

　　从火箭系统分析，此次“嫦娥一号”的“奔月天梯”是技术日臻成熟的“长三甲”火箭。“长三甲”火箭的发射对天气条件要求很高，因为它要求产品绝热性能要好，如果加注过程中或发射前出现管路或连接器泄漏、冻住等问题，将可能导致中止发射，再次组织发射至少在3天后，有可能错过嫦娥卫星的发射窗口。火箭从准备点火、起飞到星箭分离的20多分钟的飞行过程中，有50多个重要的飞行动作或关键环节，这些环节如果出现问题也可能导致发射失败。另外，我国“长三甲”火箭从1994年首飞至今只发射了14次，发射次数还不够多，目前的发射成功率是100%。从设计的角度看，“长三甲”火箭设计的飞行可靠性指标是0.95，所以从严格的科学意义上讲，不可能确保每一次发射都成功。

　　“但我国在这方面的研究已开展多年，针对这些环节的产品，我们采取了归零、冗余的办法，有的在地面加严了测试检查，不留任何疑点、不留任何隐患、不遗漏任何细节。但发射过程中风险依然是存在的，只是要尽可能将风险降到最低。”欧阳院士非常客观地分析说。

　　中国的“嫦娥”必将为人类探测月球、开发与利用月球资源和能源作出贡献。□

　　《瞭望》文章：国防科工委主任张庆伟10月16日对外透露，我国“绕月”工程总体准备情况良好，正在进行10月下旬首飞发射前的各项准备工作。现在卫星已经到了发射场，并完成了加注和测试。“长征三号”甲运载火箭也正在进行测试。箭、星已竖立在发射台上，星箭体间调试正在有条不紊进行中。