日本一波三折探月路

　　编者按

　　按照最新计划，日本将在今天发射它的新一代月球探测器“月亮女神”。在过去的岁月里，日本的探月计划经历了一次又一次失败，从这个意义上说，本周的发射实有点“卷土重来”的味道。

　　此外，日本科学家也希望能够借助这个探测器的成功发射，在月球探索领域走在中国和印度的前面。时下，中印两国都在争取最短时间内登月。

　　“月球－A”计划

　　发射一推再推“无疾而终”

　　按原来的计划，日本的“月球－A”应在鹿儿岛太空中心，用一颗Mu－5三级固体火箭发射升空，目的是探测月球内部。但因为技术和财政问题，发射一推再推，直到零件老化，“无疾而终”。

　　但这项探月计划为日本日后的计划打下了一定的技术基础，因此在日本的太空探索史上还是占有很重要的地位的。按日本专家的设想，这个重540公斤的飞船利用安装在地面穿透器上的地震检波器和热流探测器研究月球内部。这2个穿透式探测器将在月球表面展开，一个在月球正面，另一个在月球背面。

　　“月球－A”飞船将飞入低点距离月球表面40公里的椭圆形轨道。两个探测器将分别从位于低点的飞船发射到月球上。并将花费大约两周时间，在开阔的场地准确地部署这两个探测器。位于月球正面的探测器将部署在“阿波罗12号”或“阿波罗14号”飞船降落点附近，以便将“月球－A”收集的数据与“阿波罗”号收集的数据进行比较。位于月球背面的探测器将被部署在与正面的探测器对应的地方。

　　根据它们撞击的地面的坚硬程度，每颗探测器有望扎入0.4米到1.8米的月球地下。它们将从月球土壤的深处传输由正面探测器反馈的深层月震的力度和运行速度等数据。这些数据将会展现出月核的大小，如果它确实存在的话。了解月核的特性对理解月球的起源非常有必要。轨道上的“月球－A”飞船每15天经过其中一颗探测器一次，这时储存在该探测器的记录器中的数据将被传输给它。这艘飞船再把数据发回地球。发射两个探测器之后，“月球－A”飞船将在距离月球表面200公里的上空运转。它将在该位置利用随机携带的高清晰、单频照相机拍摄探测器附近的月球表面发生的微妙变化。

　　“月球－A”计划是日本研究太阳系内所谓的陆地行星的地震学的第一步。一旦成功，日本还计划将相似的探测器发射到其他陆地行星和它们的卫星上，如水星、金星和火星等。未来飞行任务对月球地震学的研究，将有计划地对月球的地幔、地壳和地质学家所谓的“月球分裂”做进一步的了解。

　　“月球－A”飞船原计划在1997年发射，但在开发用于插入月球表面的2根月震计的“射钉”时遇到了困难，因此计划不断被推迟。2006年，日本完成了“射钉”的贯穿试验，而建成有10年之久的“月球－A”探测器已经老化，所以日本宇宙开发委员会决定重新审定“月球－A”计划，以确定是重新制造探测器来继续该计划，还是制定新的计划在现有月球或行星探测器上安装“射钉”。

　　今年1月16日，由于修理或重新建造探测器的费用过高，日本决定放弃“月球－A”计划，但最终还要看日本宇宙开发委员会的评估结果。

　　“缪斯－A”计划

　　跻身拥有绕月卫星国家

　　1990年1月24日，日本在九州南部港口城市鹿儿岛太空中心成功发射“缪斯－A”号卫星，由此成为世界上第三个发射绕月卫星的国家。“缪斯－A”号卫星进入太空之后即更名为“飞天”号，离开地球后，便开始绕月球飞行。1990年3月，这个重194公斤的母卫星在绕月飞行过程中，与12公斤的子卫星“羽衣”脱离。

　　“缪斯－A”号卫星重194公斤，直径1.5米，高约0.9米，一端的可分离卫星是“羽衣”，后者重12公斤，高0.3米。母卫星携带的是慕尼黑科技大学科学家开发的西德微陨星防护器，它能用来记录撞向探测器的尘埃颗粒的重量、速度和方向。

　　月球距地球的平均距离是382177公里，这颗地球的天然卫星绕地球公转的周期为27.322天。“飞天”号卫星参照明亮的星星和月球边缘在飞行过程中导航。“飞天”号卫星以椭圆形轨道飞行，随着时间推移，与地球渐行渐远，与月球倒是越来越近。母卫星于1990年3月19日按计划到达月球，日本因此跻身拥有绕月卫星国家的“精英俱乐部”。在此之前，只有美国和苏联两国掌握了这种能力。

　　“飞天”号卫星按照椭圆形轨道，以时速3579公里的速度绕地球飞行，它此行实现了两个目标，一是完成了绕月球变轨，即利用月球重力提升速度，扩大了绕地球飞行的椭圆形轨道；二是成功将篮球大小的小卫星“羽衣”送入绕月轨道。

　　绕行星变轨是指利用行星重力加快或减缓飞船飞行速度。它是太空学领域一项常见技术，即利用来自行星和太阳的重力提升卫星的飞行速度。这种方法已被美国一系列太空探测器所采用。美国1973年发射的“水手10”号金星探测器在1974年飞往水星途中，美国宇航局首次使用了绕行星变轨技术。1998年，日本向火星发射探测器时，再次采用了这一技术。

　　能将重12公斤的子卫星“羽衣”送入轨道实施绕月飞行，足见日本飞行工程师在遥控技术上的绝对精准度。日本宇宙科学研究所首席科学家上杉邦典在接受采访时，使用棒球术语对这次成功发射做了解释。他说，这就好比从本垒击出的球，击中了外场球迷的眼珠。

　　“飞天”号探测器当天进入月球14560公里内高空。随后，它继续进行8次绕地和绕月飞行，其中4次为加速飞行、4次为减速飞行。如今，这颗小卫星仍旧在绕月轨道上运行。根据设计，“飞天”号和“羽衣”号都不会在月球着陆。

　　多面形绕月卫星“羽衣”上面装有太阳能电池，以收集来自太阳的能量发电。另外，一根小小的十字形天线用来同地面控制人员直接保持无线电联络。“羽衣”的用途是将月球周围的温度和电场记录下来，并将这些数据通过无线电传送给母卫星“飞天”号，再传输回地球。

　　1990年3月19日，晶体管收音机突发故障，导致日本航天科学家失去“羽衣”的线索。显然，当天在“飞天”号距离月球2万公里时，“羽衣”的小火箭发动机按时点火，以脱离这颗母卫星，但是，“羽衣”的跟踪发射器却一下子出现故障，结果只有火箭点火的记录，却没有追踪这颗小卫星位置的信号。幸运的是，日本天文学家随后利用大型光学望远镜观测到“羽衣”正在绕月球轨道飞行。日本宇宙科学研究所首席科学家上杉邦典表示，“羽衣”卫星无线电上的晶体管当时一定出现了问题。

　　后来，“飞天”继续在其长长的椭圆形轨道上进行绕地和绕月飞行，收集有关太空尘埃和其他现象方面的数据。截至1990年8月6日“飞天”第5次飞越月球时，它距地球已有逾96万公里之遥了。据日本科学家估计，“飞天”的“余生”会一直保持在96万公里的远点距离。

　　“月亮女神”计划

　　“阿波罗计划”之后最大探月项目

　　“月亮女神”又名“辉夜姬”，是日本新开发的绕月探测卫星。“月亮女神”号称是美国“阿波罗计划”以来规模最大的月球探测项目，代表日本月球探测工程的最高水平，由现隶属于日本宇宙航空研究开发机构的日本航天科学院和日本宇宙开发事业团设计而成。“辉夜姬”这一名称是由日本公众选出，因为辉夜姬是日本古代传说中的月亮女神。

　　“月亮女神”原计划于当地时间2007年9月13日1时35分47秒发射升空。但由于天气的原因，日本决定将发射时间推迟到14日10时31分。按照日本方面的说法，即将发射的绕月探测卫星“月亮女神”的升空将为21世纪探月计划开启新纪元，目前，日本南部鹿儿岛太空中心已经进入卫星发射准备期间。

　　20世纪六七十年代的探月计划很多，例如美国的“阿波罗”登月计划。这些探测卫星收集到了有关月球的大量数据，也引出了很多新发现，例如月球近地面和远地两面间的差别，但是，近来的很多探月计划只是为了将人类送上月球而展开竞争，没有考虑月球起源和演变等严肃科学研究的数据收集或者说数据收集不充足。

　　“月亮女神”将通过十几种精密的科学仪器，从整个月球收集有关化学元素分布、矿物分布、地形地表结构、引力场和月球环境的相关数据，将比以往的探月任务分析更深入。“月亮女神”收集到的所有数据将为我们研究月球起源和演变提供新的科学知识。

　　中国和日本的探月计划将分别于2007年和2008年开始实施。两项探月计划的目的都含有收集有关数据研究月球起源和演变。与此同时，美国宇航局也计划不久进行一次载人探月飞行，作为初步研究的一部分，美国宇航局将于2008年发射一颗绕月探测卫星为载人探月飞行收集数据。美国宇航局的载人探月任务还将利用“月亮女神”收集到的数据。也就是说，“月亮女神”将对美国宇航局的载人探月计划作出贡献。此外，“月亮女神”将携带高清晰电视摄像机，从月球的“地平线”上拍摄地球的倩影。

　　“月亮女神”档案

　　三大科研目标：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。

　　发射：“月亮女神”将从日本南部鹿儿岛太空中心用H2A火箭(型号为H2A2022)发射升空，进入近地点281公里，远地点232805公里的地球停泊轨道。发射后第19天，“月亮女神”将到达月球，并进入一个离月球最近120公里、最远1.3万公里的极轨道绕月飞行，第24天，进入一个离月球最近100公里、最远为2400公里的轨道，放出小型中继卫星，第30天进入一个离月球最近100公里，最远800公里的轨道，放出甚长基线干涉测量无线电卫星，最后，第37天，卫星调整运行至距月球100公里的轨道上，探测任务为1年。最初发射日期为2007年8月16日，但是，因为发现一些电子部件安装错误导致发射日期几度延迟。“月亮女神”由3个独立的单元组成。

　　轨道器：轨道器长2.1米、宽4.2米，看起来像一个矩形盒子，重约1984公斤。轨道器发射时重3吨，包括两颗小卫星，大小为2.1米×2.1米×4.8米，姿态控制为三轴稳定，功率为3.5千瓦(最大)，运行时间为1年，任务轨道为圆轨道，轨道高度为100公里，倾度为90度。

　　小型中继卫星：小型中继卫星和甚长基线干涉测量无线电卫星都呈八边形棱柱体，中继卫星将从轨道飞行器上将信息传送给地球。中继卫星重50公斤，大小为1.0米×1.0米×0.65米，姿态控制为旋转稳定，功率为70瓦，轨道(初轨)是近月点为100公里，远月点为2400公里的椭圆轨道，倾度为90度。

　　甚长基线干涉测量无线电卫星：将用来测量月球的准确位置和运动情况。甚长基线干涉测量无线电卫星重50公斤，大小为1.0米×1.0米×0.65米，姿态控制为旋转稳定，功率为70瓦，轨道(初轨)是距离近月点100公里、远月点800公里的椭圆型轨道，倾度为90度。

　　有效载荷：日本宇宙航空研究开发机构官方网站称，“月亮女神”将搭载14种科学设备，包括成像仪、雷达探测器、激光测高仪、X射线荧光光谱仪和伽马射线分光仪，目的是获得月球起源和演变的科学数据，以改进未来的月球探测技术。

　　14种具体的科学仪器为地形摄像机、X射线荧光光谱仪、月球磁强计、光谱廓线仪、多波段成像仪、高清晰电视摄像机、激光测高仪、月球雷达探测器、伽马射线分光仪、带电粒子光谱仪、等离子体分析仪、上层大气和等离子体成像仪以及电波科学仪器等。

　　这些科学仪器将与日本宇宙航空研究开发机构收集到的大量名称和数据“搭乘”“月亮女神”升空，收集到的412627个名称和信息被印在一张长为280毫米、宽为160毫米的薄片上，薄片被安装在仪器的光电模块和多层隔热体下方的冷却板下面。

　　新闻背景

　　是谁在为日本研究探月？

　　“月球－A”和“月亮女神”这两个项目长期以来是日本宇宙科学研究所和日本国家宇宙开发事业团实施的探月计划，后来交由日本宇宙航空研究开发机构负责。宇宙航空研究开发机构成立于2003年，由宇宙科学研究所、航空宇宙技术研究所、国家宇宙开发事业团合并而成。

　　日本宇宙科学研究所是政府资助的机构，集中进行空间技术研究，隶属于日本文部科学省，现在是宇宙航空研究开发机构分支机构。日本国家宇宙开发事业团则负责空间技术的实际应用，动力强大的“H－2系列”火箭即由其研制。“H－2系列”火箭携带的有效载荷可同美国、俄罗斯、欧盟的火箭有效载荷相媲美。

　　另外，该机构还在开发小型航天飞机，其下属日本科学技术振兴机构负责研制通讯和气象卫星。国家宇宙开发事业团如今是日本宇宙航空研究开发机构一部分。宇宙科学研究所和国家宇宙开发事业团一直在实施行星际探索，为未来载人太空飞行做准备。

　　本版撰文　杨教

　　本版制图　黄红鹰