首頁 | 網站地圖 | 聯系我們 | RSS訂閱 | 
 
 
站內檢索
 
 
通知公告 | 工作動態 | 國防科技發展 | 科普知識 | 軍工文化 | 許可辦理 | 辦事指南 | 視頻點播
政策法規 | 專題專欄 | 重大科技工程 | 國際合作 | 圖片報道 | 圖文直播 | 資料下載 | 在線刊物
國際探月歷程
[ 發布時間:2018-12-10 ]   [ 字號: ]

 

楊宇光

 

  月球是地球唯一的天然衛星,也是太陽系第五大衛星;它與地球的關系在太陽系中極為特殊,其質量達到了地球的八十一分之一,而太陽系其它行星的衛星遠遠達不到這樣大的比例。實際上,地球和月球在圍繞著它們的共同質心轉動,因此,在天文學上專門將地球和月亮稱為“地月系統”并作為一個整體去研究。月球的存在對于維持地球自轉軸的穩定非常重要,而月球引力引起的潮汐作用甚至比太陽還要大。由于“潮汐鎖定”的原因,月球的自轉和公轉速度相同,使得它總是只有一面朝向地球。
  
  對于月球形成的原因,目前有很多種假說。目前主流的觀點認為月球是在45億年前一顆火星大小的天體與地球大碰撞之后形成的。這一理論可以解釋很多我們目前看到的現象,但仍不完美,隨著空間技術的發展,對月球的研究越來越深入,對月亮歷史的了解也將越來越準確。而月球從形成開始,就以很緩慢的速度遠離地球而去。人類文明恰好出現在月球距離地球大約三十八萬公里的時候。這時期從地球上看到的月亮和太陽的尺寸差不多,也就使日全食有可能發生。這不得不說是歷史學家的運氣:通過天文學觀測,可以準確追溯日全食的發生日期,通過與史料結合,可以準確地判斷很多歷史時間的發生時間。
  
  月球從史前時代就一直吸引著人類的目光。我們可以從古代的神話故事、文學作品中無數次找到月亮的身影。在人類文明的發展歷程中,月相的變化對歷法的形成影響巨大,目前人類使用的歷書,大體上就可分為反映太陽變化規律的太陽歷和反映月相變化的太陰歷,我國古代廣泛使用的農歷實際上就是太陽歷和太陰歷的結合。
  
  早期的月球探索
  
  古代的天文學家很早就開始觀測、研究月亮,1609年,伽利略首次用天文望遠鏡觀測月亮,使人類對月球正面的地形開始有詳細的了解。但真正的飛越是在二十世紀人類進入太空時代之后才開始的。
  
  1957年,前蘇聯發射人類第一顆人造衛星,解決了將人造物體發射到太空的基本技術之后,馬上就開始著手向月球發射探測器。發射人造衛星的運載火箭只能將物體送到近地軌道,因此需要在原來運載火箭的基礎上增加一級,將探測器送到地月轉移軌道。最早的發射是從1958年開始的,但經歷了多次失敗后,前蘇聯才在1959年1月2日成功發射月球1號,經歷34小時的飛行之后,從距離月球5965公里的地方掠過。實際上,前蘇聯發射了很多的探月飛行器,但僅對取得成功或部分成功的任務命名并予以公布。最初月球1號的任務是撞擊月球,但并沒有達成目標。最終這一任務是月球2號在1959年9月14日完成的,它成為人類在外星球實現硬著陸的第一個物體。之后,前蘇聯馬不停蹄地實施了第一次從月球背面拍照的任務——月球3號。由于那個年代還沒有數碼技術,月球3號上攜帶了老式的照相機,拍攝后在探測器上顯影,然后用電視攝像機掃描并把信號傳回地球。1959年10月,月球3號獲得了月球背面的圖像。這對人類來講可說是意義非凡,體現了科學與工程上的重大成就。赫魯曉夫甚至拿著月球背面的照片去和美國總統炫耀。
  
  五十年代末期,由于前蘇聯在運載火箭和人造衛星技術上先走一步,因此在月球探索上也占得先機。而美國也不甘示弱,先后發射了先驅者、徘徊者等探測器,實現了硬著陸。美蘇在探月方面的競爭,是冷戰時期太空競賽很重要的一部分。在運載火箭技術、空間飛行器技術都不十分成熟的情況下,兩國通過密集的發射任務不斷嘗試,終于在多次失敗后取得了幾次探測任務的成功。這些任務不但獲得了更為精確的月球天文參數,也開展了人類歷史上第一次地月空間的環境探測,為人類后續的探月任務打下了基礎,可以說是“功不可沒”。
  
  為登月做準備
  
  美國在“水星”計劃中將航天員送上太空之后,肯尼迪總統宣布了在二十世紀六十年代結束之前實現載人登月的目標。前蘇聯雖然從未正式公開這一目標,但其航天活動也一直在為這個目標做準備。
  
  載人登陸月球,首先要掌握月面軟著陸技術和繞月飛行技術。由于月球基本上沒有大氣層,從地月轉移軌道飛向月球的探測器只能依靠自身攜帶的火箭發動機進行減速,最終實現以接近于零的速度降落到月面。前蘇聯設計的月球9號探測器在1966年1月31日發射,在距離月面75公里時開始制動,工作48秒后,在距離月面250米時將速度降到零。之后著陸器利用反推發動機緩慢降低到距離月面4米高度,由一根探針觸發兩個氣囊充氣,在氣囊的?;は陸德淶皆旅?。
  
  實施月面軟著陸在人類太空時代的早期是非常困難的。前蘇聯共進行了12次嘗試,只成功兩次。美國直到1966年6月才由勘察者1號實現第一次軟著陸。但這一時期的飛行任務為后來者積累了寶貴的經驗,月球9號所使用的氣囊技術,現在依然在被火星探測器使用。
  
  對于繞月飛行,需要在探測器飛抵月球的時候進行精確的制動,使其從相對于月球的逃逸軌道轉移到環繞月球運行的軌道。這對航天器長時間飛行期間的測量、推進和控制都提出了更高的要求。1966年3月31日,前蘇聯發射了月球10號探測器,成為第一個人造月球衛星。它在月球軌道運行56天,繞飛行了460圈。所攜帶的磁力計、伽馬射線光譜儀和紅外輻射計等設備積累了大量的探測數據。而美國也在同一年8月發射的月球軌道器1號任務中實現了類似目標。
  
  六十年代開展的繞月和軟著陸任務,盡管是在極高的失敗率之下花費很大代價實現的,但卻使人類對月球的了解進一步加深,從工程上也為后來的載人登月、月球車、無人采樣返回等任務鋪平了道路,具有科學和工程上的雙重意義。
  
  激烈的登月競賽
  
  人類載人航天史上最宏偉的篇章,當屬二十世紀六七十年代的登月競賽。美國通過實施“水星”計劃,掌握了載人天地往返的基本技術。通過“雙子星”計劃,掌握了載人登月所必須的艙外行走和交會對接技術。最終通過“阿波羅”計劃實現了載人登月的目標。
  
  當時的載人登月可以有多種方案選擇,最終美國選擇了“月球軌道交會”方案,也就是由一枚火箭一次將用于天地往返的指令艙/服務艙和用于登月的登月艙送到月球軌道,登月艙實施登月后與指令艙/服務艙在月球軌道交會對接,拋棄登月艙后由指令艙將乘組送回地球。這一方案在月球軌道交會對接階段有較大風險,但卻是所有方案中對運載能力要求最低的,僅需一枚“土星五號”火箭就可以完成一次登月任務。
  
  1968年12月,土星五號火箭將“阿波羅8號”飛船發射到繞月軌道,這是人類歷史上第一次離開近地空間,近距離觀測月球。1969年7月20日,阿波羅11號終于將阿姆斯特朗和奧爾德林送上月球,實現了載人登月的偉大壯舉。之后又連續實施了6次載人登月任務,其中阿波羅13號雖然因服務艙故障登月失敗,但卻將航天員安全地搶救回地球,被譽為“雖敗猶榮”。
  
  與美國相比,前蘇聯雖然在探月活動的早期成就輝煌,但卻在載人登月競賽中敗下陣來。其核心原因是整體決策比美國要晚,卻制定了更為冒進的計劃,在總體可利用資源比美國少的情況下,卻存在大量的重復建設。對登月至關重要的N-1巨型火箭在不經過充分地面試驗的情況下就開展飛行試驗,4次全部失敗,成為前蘇聯取消登月計劃的直接原因。
  
  回顧人類載人登月的歷史,我們應當看到,雖然阿波羅計劃取得了輝煌的成就,但這些成就是在冷戰時期太空競賽這一大背景下實現的。當時的很多計劃和決策都相當冒進,使得當時兩國都付出了很大的代價。前蘇聯因為自身不斷失敗,且美國已實現登月,導致已無法領先美國而取消計劃。七十年代美國陷入了越戰泥潭后,對科學目標不十分明確的阿波羅后續登月計劃也進行了裁剪,僅保留了1972年的阿波羅17號登月任務。
  
  雖然阿波羅計劃之后,人類再也沒有離開過近地空間,但阿波羅計劃對于人類科技和工程水平的進步的確有著巨大的貢獻。在今后實施載人登月任務時,應當充分汲取阿波羅計劃的經驗與教訓,使載人登月有著更深刻的科學意義,實現更高的效費比。
  
  月球車與無人采樣任務
  
  雖然前蘇聯在載人登月競賽中輸給了美國,但卻成功地實施了月球車和無人采樣返回任務。單從這些任務本身的理念來說,具有很高的效費比。所取得的成就對于后來的無人深空探索任務有著深遠的影響。
  
  從1970年9月到1976年8月,前蘇聯的月球16號、20號和24號先后3次成功在月面軟著陸,利用探測器一根長臂上的鉆頭鉆進月壤中取樣,然后把月壤放進返回艙中,將土壤樣本送回地球。雖然3次采樣返回任務只取得了很少的月壤樣本,無法與阿波羅計劃380公斤的樣本相提并論,但畢竟從月面3個不同的地點取回了樣本,科學意義巨大。后來,美國和前蘇聯也曾交換過少量的各自樣本。
  
  1970年11月17日,月球17號將月球車1號送上月球。它重達756公斤,雖然行駛速度不如美國阿波羅15號~17號攜帶的有人駕駛月球車速度快,但卻可以在地面“駕駛員”的??刂略讜旅嫘惺?,而且可以利用放射性同位素熱源提供的熱量安全度過寒冷的月夜,在技術上其實更為先進。雖然它的設計壽命只有3個月,但月球車1號攜帶的攝像頭、X射線譜儀等設備在近1年的工作中積累了豐富的數據,行駛了10.54公里。它所攜帶的激光發射器,至今仍在被地面的天文臺利用來進行精確的地月激光測距。此后在1973年1月由月球21號承載的月球車2號任務中,質量增加到840公斤,行駛速度提高了2倍,在近4個月的任務中行駛了超過37公里,在月面上的行駛里程記錄至今未被打破。
  
  俄羅斯重啟探月活動
  
  在月球-24號最后一次完成人類的月球采樣返回任務后,前蘇聯/俄羅斯的探月活動也陷入沉寂。但今年來,俄宇航已經把載人登月作為其長期戰略目標,并開展了新一代載人飛船、重型運載火箭等的研究和研制。俄羅斯還啟動了月球-25號的研制任務,準備降落在月球南極的Boguslavsky隕石坑,同時也規劃了為月球背面航天器提供中繼服務的軌道器。
  
  月球軌道門戶與月球基地
  
  隨著航天技術不斷走向成熟,包括日本、印度、韓國等國家也提出了自己的月面軟著陸或巡視器計劃,谷歌甚至設立了將飛行器送到月面的大獎,未來探月過程中將會越來越多地看到中小國家和非傳統航天大國的參與,而探月過程中的商業元素也將越來越重,很多在過去極具挑戰性的任務都可能由商業公司承?;蛞隕桃翟俗韉哪J嬌?。
  
  其中最引人注目的是美國的月球計劃,從小布什政府時期重返月球的星座計劃在奧巴馬政府時期被取消,到目前特朗普政府再次決定先重返月球,再前往火星。美國的月球計劃經歷了多次反復,目前已基本成型,其核心是位于環月軌道或地月L2點的載人空間站,將以國際合作的形式邀請多國參與,其多功能獵戶座飛船和SLS重型運載火箭為這一計劃提供了很好的技術基礎,未來還將研制基于液氫液氧推進劑的大型單級可重復使用登月艙,實現對月球表面的低成本造訪,并以此為基礎建設月球基地。而目前的各項無人探測任務都將為這個目標做準備。

 

【關閉】 篮球巨星系统顶点
 


主辦單位:國家國防科技工業局   地址:北京市海淀區阜成路甲8號   郵編:100048

承辦單位:國家國防科技工業局新聞宣傳中心  信息報送郵箱:[email protected]

國家國防科技工業局   版權所有   網站標識碼:bm63000003   京ICP備11007804號京公網安備11040102100212號