明天凌晨,嫦娥三號就將攜帶"玉兔"奔向月球並完巴里島美"落月",實現我國千百年來從月球看天文的夢想。而"嫦娥"和"玉兔"將如何在月面開展工作?它們會面臨什麼困難?又將帶給我們什麼亮點和驚喜?成為人們最為關心的問題。
  被譽為"嫦娥關鍵字之父"的中國月球探測工程首席科學家歐陽自遠,就此進行了一一詳解。此外,人們普遍認為在落月過程中會出現"黑障區",歐陽自遠也對此做出了新的解釋。
  探月戰略18汽車貸款年前已提出
  早在1995年,嫦娥三號探測的戰略就已基本確定。歐陽自遠表示,在1999年至2000年間經過多次討論,終於確定了中國月球探測分為三個大階段,即不載人月球探測階段、載人登月住商階段、建立月球基地階段,創造可供人居住、生活、工作、實驗的條件,濃縮起來就是"探""登""駐"。
  其中,第一階段無人系統家具月球探測,"探"又分為三步走:第一步就是要到月亮上去,通過發射月球衛星,整體全面地,哪怕是粗略地瞭解月球。
  中國人從來沒有真正脫離過地球,不管是發射了100多顆衛星還是載人航天器都是被地球控制著,繞地球轉動。而嫦娥一號不同,它脫離了地球到達了另一個天體。
  第二步稱為落月探測,主要是做一些精細探測,就是此次嫦娥三號肩負的任務。
  無人月球探測的第三步是取樣返回,衛星不光要飛到月球,還要自動回來。發射小型採樣返回艙,進行就位勘察,採集關鍵性月球樣品返回地球,進行系統深入研究。
  "玉兔"拍攝範圍還沒海澱區大
  所有國家的月球車都選擇在月球正面著落,這是因為可以保證觀測清晰和信號通暢。
  例如此次嫦娥三號將在月球虹灣區著陸,虹灣區地處月球的北半球、西半球,是在月球正面的雨海的西北角。歐陽自遠解釋說,月球正面其實就是月球朝向地球的這一面,月球自轉一周及繞地球一周的周期約為28天,地球上的人永遠只能看到月亮的一半。
  在"嫦娥"落月後,"玉兔"就從中駛出,開始逐一完成它的使命了。"玉兔"在登月後的主要任務就是探測月球土壤、地下結構等。"玉兔"的運動速度很慢,時速約200米。因此當月球車從著陸器上出來後,其實也走不了多遠,拍攝下的區域還沒有海澱區(全區面積430.8平方公里)大。
  "玉兔"的探測工作主要是通過下麵安裝的雷達,一邊走一邊探測月面及月面下,不但可以研究月球錶面的化學成分、礦物質,還可以分析土壤地下結構是怎樣的、未來資源狀態等,這都是其他國家沒做過的。
  此外,月球車上安裝有粒子激發X射線譜儀,目的是為了做化學成分分析,而紅外光譜儀則是測月壤礦物的,可以大概猜到這一區域月表的年齡歷史等。據歐陽自遠介紹,過去全世界做了120次月球探測,但要麼是著陸器下去,要麼是月球車下去。而像嫦娥三號這樣,月球車和巡視探測相結合的聯合探測是別人沒做過的。
  歐陽自遠表示,由於月球土壤裸露多年,形成了約10米左右的土壤層,土壤資源是很豐富的。
  但他遺憾地表示,這次嫦娥三號不能帶太多儀器上去,因此並沒有採樣功能,只能進行初步的測定分析。因此,進一步細緻研究的任務就留給了肩負取樣任務的嫦娥五號了,到時候嫦娥五號將會選擇新的地區進行新的探索取樣,一定不會再是虹灣區了,取回後全國將分工、開放地對樣品進行研究實驗。
  "玉兔"三大工作觀天看地測月
  "玉兔"最大的亮點是將完成科學上的三件事,即觀天、看地、測月。過去,從來沒人單獨做過這些研究,更別說是聯合探究。歐陽自遠表示:"從月球看天文是全世界夢寐以求的,嫦娥一號及嫦娥二號是衛星,是從天上拍,表明中國人有能力到達月球,而嫦娥三號則是落月,是在月面上拍,可以證明我們有能力安全著陸了,這在技術上是一大進步。"
  為完成觀天任務,嫦娥三號也是帶著秘密武器登月。安裝在嫦娥三號著陸器上的月基天文觀測儀不需要進行大氣矯正、電離層矯正等,就可以獲取清晰、分辨率高的圖像。
  此外,"玉兔"要做的第二件事就是"看地"。月球上一天是地球上的一個月,月亮上的一個白天就相當於地球上的14天多,因此,在月亮上一個白天相當於連續看地球十四五圈兒。通過"看地",可以看到地球等離子體層密度變化,這可以反映出地球環境變化。此外,通過"看地"分析出全球土壤層厚度、晨昏線環境變化等是衛星很難做到的。因為衛星一般來講都是在地球外面一圈圈飛,並不能及時飛到需要觀測的地區去,提供需要的畫面。
  "玉兔"將完成的第三個工作就是測月,這也是一大亮點,即在月球車上做次表層土壤層結構分析。雖然我們選擇哪裡著陸都可以,但對虹灣區進行測月是沒做過的。著陸器上還有儀器測土壤、礦物質等。
  歐陽自遠透露: "別看現在幾大有效載荷分工清晰,我們花了兩三年的時間才定下來這些儀器。因為設計很困難,沒有完全的把握。"
  嫦娥三號將在月球軟著陸
  據歐陽自遠解釋,嫦娥三號在工程上的最大難點無疑是軟著陸。雖然嫦娥一號也是著陸,但是撞得粉碎,是硬著陸。此次不但要求嫦娥三號軟著陸,還要在月面幹活,這就是雙重任務。
  由於月球是真空的,在嫦娥三號降落時的最大難點就是不能用降落傘。歐陽自遠解釋,一個東西掉下來是有重力加速度的,速度本身就很快,地球上1秒增加9.8米,而月球雖然引力小但也一樣,因此需要很多發動機安裝在著陸器上。反推裝置可以讓嫦娥三號一邊往上推一邊往下掉。
  嫦娥三號到了距月球100米的時候將懸停,找好地方,著陸器下麵的相機會告訴它需要挪向哪裡、如何平移等等。這時,計算機再告訴著陸器可以下降了。等到了4米高時懸停,隨後開始自由落體掉下。著陸器的4條腿插在地上調整好後,月球車就走出來開始充電調整,並開始行走。
  嫦娥三號的另一技術難點就是過夜。月球真空溫度低達零下180℃,而地球最多零下四五十度。電子學儀器需要保溫到零下40℃以上才不會損壞。
  然而,加溫需要熱源,而相當於地球14天的月夜沒有太陽,漆黑一片。這時候就需要核電池,它可以在月球工作幾十年。未來我國去火星或更遠的地方,基本上都要使用核電池。
  嫦娥三號不會遇到"黑障區"
  歐陽自遠解釋,有人認為嫦娥三號在落月過程中會出現信號中斷的"黑障區",其實這是概念上的錯誤。"黑障區"只有通過大氣層才會有,但月球是真空的,飛往月球過程中並不會出現黑障區。例如,"神十"在返回地球的時候,因為速度極快,燃燒的高溫才能使通訊信號中斷。
  當然,嫦娥三號在落月過程中確實會出現一個階段信號消失的情況,但這和黑障區是兩個概念。在某一時段,由於距離遠,加之月球地形特殊,因此短時間看不見嫦娥三號是正常的。這段時間,嫦娥三號只能依靠自己的計算機信號來判定落月軌道。目前從國際上來看,其他國家也都差不多,這段無信號時間的長短主要是看落月的角度設計,但這對結果並無太大影響,關鍵是看測控能力。
  落月點要求精密才不會掉進“月坑”
  “目前我國對月球的認知還停留在美國阿波羅計劃成果的基礎上。”歐陽自遠坦言,“當時阿波羅採回了6個地區的樣品,我國的科研人員都是在這個基礎框架上繼續研究的。”
  每個國家研究內容方向不同,因此也有些新的發現。此外,嫦娥一號拍攝的全月影像圖也對全世界月球的認知起到很大的影響,現在也有很多國家想要。全月影像圖無空隙全覆蓋拼接,色調一致,因為不同天數、時間段太陽照射情況不一樣,因此色調一致是很難得的。此外,我國的全月圖完全按照測繪要求編製,變形最小。
  嫦娥二號作為嫦娥三號的先導星,為保障嫦娥三號“落”得安全,不至於掉到大的月坑裡,已經用CCD立體相機對虹灣地區進行了局域超高分辨率立體成像。
  嫦娥二號實際獲得的全月圖分辨率為7米,通俗地來講,嫦娥二號拍攝的7米全月圖比足球場還大,但這還是不行,虹灣局部地區分辨率約為1米,這樣我們才可以有把握把嫦娥三號落在虹灣區上。
  本版文/特約記者王月記者李文姬
  歐陽自遠簡介
  歐陽自遠是我國著名的天體化學與地球化學家,中國月球探測工程首席科學家,中國科學院院士、第三世界科學院院士、國際宇航科學院院士。
  現任中國科學院地球化學研究所研究員,國家天文臺高級顧問,是我國天體化學領域的開創者。他積极參与並指導中國月球探測的近期目標與長遠規劃的制訂,具體設計國內首次月球
  探測的科學目標與載荷配置和第二、三期月球探測的方案與科學目標,是中國月球探測工程的首席科學 家,被譽為“嫦娥之父”。
  ▲2010年12月28日,中國科學院院士、中國探月工程首席科學家歐陽自遠在重慶科技館作航天科普報告 圖/東方IC
 
(編輯:SN091)
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