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我国探月工程的发展历程
尹怀勤
【摘 要】人类发射航天器探测地外天体是从月球开始的.分析了我国按照"绕、落、回"三步走的探月计划的执行和完成情况.指出嫦娥二号进行了多项拓展性试验,成为我国飞离地球最远的航天器.探月工程三期再入返回飞行试验器试验成功,为嫦娥五号返回地球提供了技术支撑.cs太平洋
【期刊名称】《天津科技》
【年(卷),期】2017(044)002
【总页数】9页(P79-87)
【关键词】中国探月三步走计划;探测任务;三期目标
【作 者】尹怀勤
【作者单位】中国航天三院八三五八所 天津300192
【正文语种】中 文
泰诺福韦【中图分类】V11
月球是人类发射航天器进行探测次数最多的地外天体，也是迄今为止航天员唯一登陆其表面开展考察活动的星球。
1.1 月球是地球的天然卫星
月球作为地球的天然卫星，通常人们将其称为月亮。它没有大气层，不能发光，人们看到的月光仅是月球反射的太阳光。月球与地球的平均距离是38.44万km。月球直径约3,678,km，其体积仅为地球体积的 2%，质量相当于地球质量的 1/81。月面重力约相当于地球重力的 1/6。月球围绕地球自西向东运行一周需要27日7时43分11.545秒。由于月球绕地球公转和它自转的方向一致、周期相等，故而月球总是以同一面对着地球。月球直径与地-月距离之比(0.009,0)和太阳直径与地-日距离之比(0.009,3)两个数值几乎相等，所以人们从地球上看到满月时的月光面积和太阳圆面轮廓大小基本相同(见图1)。
我国自古以来在民间就广泛流传着嫦娥奔月、吴刚伐桂、玉兔捣药等许多美丽的神话传说，
把月亮称作天上的广寒宫，并一直保留着中秋节赏月的传统。美丽妩媚而又神秘朦胧的月亮，不仅使中华民族在古代就孕育诞生了“月儿弯弯照九州，几家欢乐几家愁”的民间歌谣，而且历代众多的文人墨客也留下了脍炙人口的诗词佳句。唐朝大诗人李白的“俱怀逸兴壮思飞，欲上青天揽明月”的名言，就是人们称羡的千古绝唱。
虽然用现代大型望远镜从地面观测月球，已经否定了关于月球的种种传说，但是实际情况究竟怎样，仍然对人们有着极大的吸引力。同时月球始终以同一面向着地球，另一面从地面上永远观测不到，使其带有浓郁的神秘感。正因如此，人类掌握航天技术以后，月球就成了航天探测的重点对象和第一个地外天体，包括我国在内的世界航天技术对月球进行了多种多样的探测。
航天界将月球定位为深空的起点，把对月球及更远的天体的探测均称为深空探测。在对地外天体的探测中，飞往月球的航天器和探测方式是最多的，有的还采样返回地球。更为突出的是，已有 12名航天员登上月球，进行了多种实验，还带回了比无人探测器更多的月岩样品。
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2004年1月，中国的探月计划经过长期准备开始施行。该工程主要内容分为“绕、落、回”三
步走发展计划。我国探月工程又命名为“嫦娥工程”，不仅体现了航天高科技与中华传统文化深厚底蕴的完美结合，而且说明了科技工作者也是文化的传播者。正在顺利实施的嫦娥工程，取得了一系列的探测成果，已成为成功率最高的探月工程。
1.2 探测和开发月球的3个阶段
由于月球尚未脱离地球引力的范围，所以人类从地面用运载火箭发射飞向月球的航天器只需要达到10.8,km/s的速度即可。而探测其他行星或其卫星，要用运载火箭发射航天器飞离地球引力的束缚，进入环绕太阳运行的轨道，不再绕地球运行，所需要的最小速度称为第二宇宙速度，其大小是 11.2,km/s。这也是发射地外星体探测器中探月器最多的缘由所在。
纵观人类探测和开发月球活动，可概括为“探、登、驻(住)”3个阶段。“探”是指用无人航天器探测和造访月球，了解情况，认识月球。“登”是指用载人航天器送航天员登上月球，进行直接接触和实地考察，完成探测和试验任务后很快返回地球，并带回比无人探测器更多的月岩样品。“驻(住)”分为“驻”和“住”两个层次，“驻”是仪器长期驻扎在月球，人返回，并把获得的数据资料用无线电信号发回地面；“住”则是在月球上建立基地，可使人在月球上长期居住、生活和工作。
“登”月要比“探”月困难得多。20世纪六七十年代，美国集中发射了37个月球探测器和17艘飞船，总计进行了 54次发射，成功 35次。美国的载人登月计划从1960年就开始方案选择和论证工作，其目标是把航天员送上月球，进行现场勘测、考察和科学实验， 釆并 集月岩样品返回地球。
为了实现载人登月，美国专门研制了由指挥舱、服务舱和登月舱组成的总重 45,t可供 3名航天员生活 14,d的飞船。发射飞船的是土星五号三级液体运载火箭。发射前，飞船安装在火箭的项端，加上逃逸塔，整个高度约 110,m，总重达 3,200,t。土星五号火箭，高度为 85,m，最大直径为 10.1,m，可把127,t重的航天器送入近地轨道，把50,t重的飞船送入奔月轨道，是迄今为止世界上已经投入使用的推力最大的运载火箭(见图2)。
百慕大三角历险记
1969—1972年间，美国先后成功实施 6次飞船载人登月活动，使踏上月球的美国航天员达到12人，开展了多种科学实验，获得了大量数据资料，并带回 403.54,kg的土壤和岩石样品，对研究月球做出了前所未有的贡献。直至目前，它仍然是世界上唯一实现载人登月技术的先例。
栗东生1.3 月球拥有3类宝贵的资源
人类之所以要探测和开发月球，除了月球是距离地球最近的天体外，还因为它具有宝贵的 3类资源：一是相对地球居高临下的位置资源。常言道“站得高就望得远”。探测月球可以开展大量的地球与月球、太阳之间的系统关联研究，获得的数据资料经过科学家们分析，将会大大深化人类对地月日大系统的认识。二是微重力、高真空和强辐射的环境资源。重力只有地球1/6而且没有大气层和磁场的月球，如果在它上面兴办合适的科研与企业单位，可以研制和生产新型合成材料或生物药品，将会获得混合非常均匀的产品，可为人类改善生活质量作出贡献。由于月球没有大气层，以月球为基地观测宇宙，40,cm直径望远镜的观测效果就相当于地球上 8,m 直径的望远镜。这必将大大推动和促进天文学的发展，使人类在认识太阳系和宇宙奥秘方面不断取得新的成就。三是拥有矿产和可提供电力的能源资源。如果利用核聚变发电，氦-3是最安全最清洁无污染的能源。月球上的氦-3估计约有 100～500万 t，用航天器将其运回地球陆续发电，可供人类使用几万年(见图3)。同时，月球上无云无雨无大气阻碍，阳光充足，月面太阳能发电站比地面同类电站效率要高得多，其电能可通过微波传输到地面，以补充地球的电能，供人类长期享用。
为了开展探月研究，我国确定了“绕、落、回”的三步走目标之后，便逐步予以实施。我国的探月工程由探月器、运载火箭、发射场、测控和地面回收与应用五大系统组成。首个探
月器就是嫦娥一号卫星。
嫦娥一号卫星的目的就是完成“绕”月探测任务(见图4～6)。
落月探测的先导星嫦娥二号，总经费投入9亿元人民币，相当修建 1.3,km 地铁线的造价。2011年6月 9日，嫦娥二号成功飞离月球，奔向距离地球150万km的日一地第二拉格朗日点L2，开始执行其肩负的第3项拓展性试验任务(见图7～10)。
2012年6月1日，嫦娥二号成功脱离L2点环绕轨道，开始了中国航天史上新的太空长征，并于同年12月13日成功在距离地球约700万km处与国际编号4179的图塔蒂斯小行星交会(见图11)。嫦娥二号在轨运行状态一直良好，正继续向更远的深空飞行。星地距离于2014年7月已经突破1亿km，最远将飞行至距离地球3亿km处，并计划于2029年前后回归至距离地球700多万km的近地点。嫦娥二号己成为我国首个人造太阳系小行星，它最后不会回到地球，将在太空自由飞行，直到能源耗尽。
2013年12月2日，我国用长征三号乙运载火箭从西昌发射中心起飞，成功发射了由着陆器和巡视器即玉兔号月球车组成的嫦娥三号探测器，目的是完成落月探测的任务(见图12)。
嫦娥三号经过两次中途轨道修正和 4,d的飞奔后，于2013年12月6日飞行至月球附近，并在当日17时53分实施近月制动且取得圆满成功(见图13)。
又经过4,d在轨运行后，它从距离月面15,km的近月点开始下降实施软着陆过程。由于月球上没有大气，嫦娥三号无法依靠降落伞着陆，只能利用着陆器上的反推力火箭发动机完成减速、悬停等一系列动作。果不其然，嫦娥三号在经历720,s的艰险历程后，终于在2013年12月14日21时11分安全降落到月球表面西经19.5,°、北纬44.1,°的虹湾东部区域，平稳地站在了月球虹湾地区表面，月面软着陆获得圆满成功。这使我国成为世界上继苏联、美国之后第 3个实现探测器在月球软着陆的国家。着陆器的位置非常好，着陆后几乎是完全垂直的，倾角只有1～2,°。
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