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叶培建，1945年1月出生于泰兴市。国家空间科学与深空探测领域首席专家，中国科学院院士，十一届全国政协委员。现任中国空间技术研究院“嫦娥三号”、“嫦娥五号”总设计师顾问，曾任中国空间技术研究院计算机总师、“中国资源二号”与“嫦娥一号”卫星总设计师兼总指挥、太阳同步轨道平台首席专家。获国家科技进步特等奖、一等奖等多项奖励，荣获全国“五一”劳动奖章等荣誉。
核心提示
月球不属于任何国家，它和其自然资源是“全人类的共同财产”。在月球广泛分布的岩石中，已知矿物100多种，包括5种地球没有的矿物，而月球表面富含的氦-3，是未来可控制核聚变发电的清洁、安全与高效燃料。
月球是人类探索未知的“第一个选择”。我国的月球探测工程(嫦娥工程)分为“绕”、“落”、“回” 三部曲。一期工程为绕月探测，由“嫦娥一号”、“嫦娥二号”完成；二期工程为月面软着陆和巡视勘察，由“嫦娥三号”、“嫦娥四号”完成；三期工程为月球采样返回，由“嫦娥五号”、“嫦娥六号”完成。
中国无人月球探测之路自本世纪初开始，走得比较快，也走得很稳。但中国科技界希望能展开真正意义上行星际探测。火星是距离地球最近的类地行星，最可能有生命，是人类行星际探测的首选。
从1992年开始，中国载人航天规划了三步走的路子。第一步是从“神舟一号”到“神舟七号”；目前正在进行的是第二步，主要包括“天宫一号”、“天宫二号”、“神八”、“神九”、“神十”等，它们将完成交会对接；第三步，完成空间站的建设。
月亮的“诱惑”
空间技术的发展不仅体现一个国家的综合国力和当代科技发展水平，也为经济建设、科学文化和社会生活等各个领域的现代化带来了传统技术无法达到的经济和社会效益。正因为如此，一场没有硝烟的“疆土”之战正在广袤无垠的太空上演。
尽管目前还没有一个国家具有与美国相匹敌的全面空间发展规划，但在探索太空的历程中，越来越多的国家正在实施有限的空间发展规划，或积极参与国际空间合作，以提高自身的空间技术能力。
月球是地球唯一的天然卫星，是离地球最近的天体，表面保存着自46亿年前形成以来至31亿年以前的地质活动记录，对人们认识地球和太阳系的起源和演化历史有重要意义。探测距地球最近的天体月球，无疑是向深空探测迈出的第一步，因此，美国、俄罗斯、日本、德国、英国、印度等许多国家都把探月作为对太阳系进行探测的首选目标。
1979年联合国大会通过的《关于月球的协定》和早年通过的《外层空间条约》表示：月球不属于任何国家，月球及其自然资源是“全人类的共同财产”，只要“用于和平的目的”并“造福全人类”，各国均有权对其进行考察研究。
科学考察探明，在月球广泛分布的岩石中，蕴藏有丰富的钛、铁、铀、钍、稀土、镁、磷、硅、钠、钾、镍、铬、锰等已知矿物100多种，包括5种地球没有的矿物；仅月海玄武岩中含有可开采利用的钛金属至少就有100万亿吨。而月球表面的月壤中富含由太阳风粒子积累形成的气体，这些气体尤其是氦-3，是未来可控制核聚变发电的清洁、安全与高效燃料。未来可控制核聚变发电商业化之后，从航天技术上看，从月球上把氦-3运回地球，这种星际运输成本虽然惊人，但利润也大得惊人，而且是可操作的。
同时，除了氦-3的巨大诱惑，月球这个“真空世界(超高真空、没有气候变化、没有污染、弱重力、地基稳定、没有磁场和无线电波干扰)”是进行天文观测、基础科学实验、研制新型材料与生物制品的理想场所；另外，氦-3之外的矿物资源也可以开发利用，这一切对有能力的国家而言都具有足够的吸引力。
我国探月工程实施“三步走”
从1970年我国发射第一颗人造卫星，到21世纪的载人航天工程和月球探测工程，中国航天走出了一条独立自主的发展之路。航天技术的不断发展，不仅证明了人类“探知未来”的能力，更成为了人类实现梦想的“载体”。从探月起步，中国航天将来要走向太阳系的任何一个星球，为科学家提供探测平台，成为“科学家的眼睛和手”。
月球是人类探索未知宇宙空间的“第一个选择”。我国的“嫦娥一号”探测拿到的月球数据，比以往其他国家提供的数据都要新、全，为科学家的科学研究提供了宝贵的科学数据，中国实施探月工程，具有着很强的现实意义和价值。
根据我国月球探测工程的长远规划，我国的月球探测工程(嫦娥工程)分为“绕”、“落”、“回” 三部曲。一期工程为绕月探测，对月球进行全球性、整体性和综合性探测；二期工程为月面软着陆和巡视勘察，对着陆区进行精细的就位探测与月球车巡视勘测；三期工程为月球采样返回，在着陆区进行就位采样和巡视钻孔取样，样品返回地球后开展系统的高精度的实验室分析研究。
在已经结束的探月一期工程里，“嫦娥一号”在轨运行一年中，获取了全月球影像图、月表部分化学元素分布等一批科学研究成果，共传回1.37TB的有效科学探测数据。在运行一年后，研究人员利用嫦娥一号做了大量工作，包括卫星变轨能力、轨道测定能力的10余项验证试验，为探月二期工程实现软着陆奠定了基础。
“嫦娥二号”：探月工程一期至二期的“跳板”
眼下，正在遨游的“嫦娥二号”，本来是“嫦娥一号”的备份星。“嫦娥一号”圆满完成既定任务后，让“嫦娥二号”再去绕月，如何能够让它的意义再大一些？
由“嫦娥一号”的备份星到探月工程二期的先导星，“嫦娥二号”的任务目标发生了变化，承担起为探月工程二期尤其是“嫦娥三号”探测器进行前期工程技术验证和探测的任务。
应该说，“嫦娥二号”具备了两层意义，即一是继续扩大“嫦娥一号”的科学成果，二是作为嫦娥工程二期的先导星，它将在“嫦娥一号”卫星的基础上，开展探测器有关技术的在轨验证，同时对其备选的着陆区进行高分辨率成像，为“嫦娥三号”落月做准备，验证月球软着陆的部分关键技术。因此，“嫦娥二号”就像是一期工程向二期工程的一个“跳板”，增加了很多新技术，对探月工程起到承上启下的关键作用，对整个探月工程甚至航天事业的发展都具有十分重要的意义。
随着“嫦娥二号”探月使命的完成，其最终命运将如何？目前，“嫦娥二号”已离开月球，飞向地球、太阳间的一个引力平衡点“拉格朗日2号”上继续进行探测。今年年底我国将公布目前世界上最清晰的7米分辨率的月球表面图。
数月来，“嫦娥二号”卫星在轨运行状态良好，已经完整获取了7米分辨率的月球表面三维影像数据，并且一直按计划持续开展探测活动。截至目前，“嫦娥二号”已达到了它的设计寿命，但是卫星燃料剩余仍然充足，工程各有关方面经过一个多月的研究论证，决定“嫦娥二号”探月使命告一段落，转至拉格朗日点上继续进行深空探测。
“嫦娥二号”处在这个拉格朗日点上，可与太阳和地球间的相对位置保持不变，所受到的太空中天体的引力影响也将减到最小，相对而言处于真正的失重状态，可以进行更多的探测和实验。
“嫦娥三号”拟于2013年登陆月球
“嫦娥三号”已进入初样研制阶段，将于2013年在西昌卫星发射中心发射，并将实现月面软着陆。带轮子的“嫦娥三号”月球探测器对中国来说是一种全新的航天器，也是中国第一次研制这样的航天器，技术难度很大。
“嫦娥三号”面临的最大难度是如何稳稳当当落在月球上，必须是软着陆，不能硬撞，但软着陆不能使用降落伞，因为月球是真空，只能是一边降落，一边用反推力把发动机的速度降下来。
通过攻关，“嫦娥三号”月球探测器将实现一系列技术突破，以保证顺利完成探月工程二期“落”月任务，即实施月面软着陆和巡视勘察。
“嫦娥三号”预选的着陆区共有5个：虹湾、酒海、湿海、开普勒和阿里斯基撞击坑，第一次任务时，虹湾地区是首选，这个地区较平坦，光照好，易观测。“嫦娥三号”着陆器将携带7台科学仪器，还有几台照相机，进行不同的科学探测任务，能够拍摄地球和地球以外的天体；月球车则携带8台仪器，包括全景相机、测月雷达等。月球车在月球上将实现自动导航、自动拐弯、自动选择路线、自动爬坡、自动避开障碍，然后自己或经着陆器把数据传输回地球。
“嫦娥三号”之后，还将发射“嫦娥四号”，两颗卫星将共同完成中国探月二期工程“落”月任务，即实施月球软着陆和自动巡视勘察。
由中国自行设计研制的“中华牌”月球车，2013年将乘坐“嫦娥三号”着陆器与月球亲密接触。“中华牌”月球车研制目前进展良好。月球车是一种能够在月球表面移动，并完成探测、采集和分析样品等复杂任务的机器人。这个重120公斤的月球车，将在着落点为中心半径3公里范围内行走10公里，探测的数据可以发回到地面，着陆器上的数据也可以发回地面，我们可以获得更准确的数据。月球车还安装了雷达装置，可以探测到距离月球表面几百米的深处，在行走的过程中同时探测月球一定深度内部的结构。
“嫦娥五号”将从月球上取回标本
“嫦娥五号”将在2017年左右发射，并从月球上取回标本。
“嫦娥五号”和“嫦娥六号”将共同完成中国探月三期工程“回”的任务，即实现月球采样后自动返回。“嫦娥五号”长相更为复杂了，它将带着“四件套”升空，分别是月球着陆探测器、月面巡视器、月面上升器和轨道返回器。如果一切顺利，我们将有能力在月球表面、内部取样品，并带回地球。
要实现中国第一次月球采样返回，需要突破很多技术，如样品采集技术、月面上升起飞技术、月球轨道交会对接技术等，因为是高速返回，还需要突破载录技术等。
采样方面，不仅要采获月球表面的月土，还要打孔，从2米以下的月球土层中取出不同深度的材料，拿回地球，因此“嫦娥五号”上还将携带钻机。
港澳两地也积极参与到国家的月球探测工作中。“嫦娥五号”的采集装置某些部分将有香港专家参与，澳门也已对相关探测成果展开科学研究。
中国有望在2013年实现火星探测
本世纪第一个十年，中国逐步开启了深空探测的大门，无人月球探测之路自本世纪初开始，走得比较快，也走得很稳。但所有这些工作都围绕月球这颗地球的卫星，中国科技界希望能展开真正意义上行星际探测。
行星际探测中，火星是最重要的一步。上个世纪，全世界月球探测任务大大多于火星探测任务。本世纪开始，火星探测次数已多于月球探测次数。火星是距离地球最近的类地行星，最可能有生命，也最可能改造成适合人类居住的星球，是人类行星际探测的首选。
要独立自主探测火星，我们设想的基本方案是：充分继承“嫦娥一号”和“嫦娥二号”的技术，充分利用探月工程所建立的基本条件，并大胆创新，争取获得新的成果。
在“嫦娥一号”、“嫦娥二号”卫星的基本平台上，通过适当改造，即可用于火星探测：一是测控通信问题，在目前在建地面站支持的基础上，在卫星上再做适当改造，如增大天线口径、采用一些新的编码技术等，以保障测控通信。二是提高卫星自主管理和自主导航能力。火星距离地球有4亿公里，信号时延长；从地球飞到火星需10个月，飞行时间长；飞行过程中会受到太阳发出的电磁波对地球辐射最为强烈的“日凌”现象影响，干扰通信卫星信号，需要提高自主能力；地球距火星遥远，测轨精度会降低，影响近火制动时间的选择，这一切都需以较高的“自主管理”和“自主导航”来解决。
中国自主研制的火星探测器，将对火星表面结构、地形地貌、是否有水源等进行探测。如果有可能，将在完成预定探测任务之后，尝试利用气动减速而不是探测器自带的燃料，把轨道调整成圆轨。
火星探测器上将装备最新研制的探测仪器，以获得更好的火星探测成果，不排除和国外合作。
至于中国自主探测火星面临的难题，目前最大的问题是测控，不过该问题正在逐渐得到解决。中国正在最东部和最西部兴建两座大型的地面站，测控能力将能达到火星。
由于火星绕着太阳转，地球也绕着太阳转，因此对于发射窗口的选择，应在两个星球靠得近的时候发射，此时整个转移轨道消耗的能量最少，而这种时机26个月才有一次。
中国自主发射火星探测器一定要抓住2013年11月这个窗口，不然就要等到2016年了。目前技术方面已具备基本条件，只要国家作出决定，中国航天队伍能够保证于2013年实现利用中国的火箭、中国的测控、中国的探测器自己飞到火星，实现首次火星探测。
今年11月上旬，中国自主研发的“萤火一号”火星探测器将和俄罗斯“福布斯—土壤”卫星一起，搭乘俄方运载火箭“天顶”号运载火箭从拜科努尔航天中心发射升空，进入火星椭圆轨道，然后“萤火一号”分离进入预定轨道。在轨运行期间，展开对火星空间环境、太阳风与火星磁场关系等领域的探测工作，中俄两国火星探测器还将联合对火星大气层进行透视，绘制大气层中水汽和温度的垂直分布图。
2020年建立中国空间站
从1992年开始，中国载人航天规划了三步走的路子。第一步是从“神舟一号”到“神舟七号”；眼下正在进行的是第二步，主要包括“天宫一号”、“天宫二号”、“神八”、“神九”、“神十”等，它们将完成对接；第三步，完成空间站的建设。
尽管中国载人航天起步较晚，但是起点很高。比如说杨利伟乘坐“神五”第一次进入太空，比加加林晚了几十年，但当时加加林飞了1圈就下来了，杨利伟则是飞了14圈。杨利伟落地的偏差只有10公里，加加林当年落下来偏差400公里。
“天宫一号”比较准确的名字叫做目标飞行器，目前已经在天上了，状态非常好。最近，我们又发射了“神舟八号”，“神八”打上去以后，我们做几件重要的事情：让“神舟八号”和“天宫一号”在远程进行交会，然后再进行对接，最终连在一起。这个组合体在空中运行12天，我们还要进行一个庞大的组合体的各种动力学、姿态控制等验证。
“神八”和“天宫一号”完成对接后，还会再分开，再对接，做这些主要是为了掌握更多的实践经验，验证这个交会对接的可靠性。综合考虑“天宫一号”、“天宫二号”、“神八”、“神九”、“神十”，我们有了两次以上的成功交会对接以后，就会进行有人的交会对接，验证组合体的飞行，验证后面发射的空间实验室里面的人的生存和工作环境。
“天宫一号”、“天宫二号”虽然没有载人，但里面完全是按照有人生活来设置的，里面的温度、湿度、氧气等等都要进行检测，以解决将来建设空间站后，科学家进去生活工作的问题。
载人航天的第三步就是建设空间站，2020年，我们准备建设一个60吨级的空间站，我们的科学家都可以去这个空间站进行实验，如果有中国的老百姓想进这个空间站，也不是不可以。
（根据叶培建院士在省科协主办的第二届江苏省自然科学学术活动月开幕式上的讲演整理，未经本人审阅。）
本报记者 吴红梅
整理
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