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中国首颗探月卫星完美谢幕
· 时间: 2009-03-16 · 本刊记者 唐元恺

 

这是中国国家航天局公布的月球背面一个典型的辐射线撞击坑图。2007年12月11日,国家航天局发言人说,嫦娥一号卫星搭载的CCD相机对月球背面进行了成像探测,并获取月球背面部分区域的影像图。

壮怀激烈 不辱使命

在得知功勋卓著的“嫦娥一号”以撞月粉身碎骨的壮举而结束使命以后,不少人不免遗憾叹息甚至不解。

“卫星受到月球引力场的作用,越飞越低,燃料最终消耗殆尽,免不了被月球吸引过去,而那时地面将对它彻底失去控制,何时撞月,撞到哪里则完全要‘听天由命’了,那样的话没有任何用处。”欧阳自远解释说,与其让有些设备开始老化或有故障的“嫦娥一号”因燃料耗尽而自然坠落月球,还不如趁着还有点燃料的时候,选择主动撞击月球,多少也能为人类了解月球增加更多的资料积累,溅起的尘埃、气体或许会对研究月球表面的自然形态有所帮助。

事实上,早在1959年,首个在月球上着陆的人造物体便开创了一个趋势:撞月,有意为之。如今,它成为国际航天领域结束月球探测器使命而普遍采用的一种方式。有专家笑言:从另外的意义上来说,“嫦娥一号”的撞击让月球表面第一次留下了中国的痕迹,也让中国成为少数几个利用探测器或者卫星撞击过月球的国家。

“与此同时,获得落月过程控制和轨道测定等方面的诸多经验,为不久的将来中国月球探测二期工程实现空间探测器的软着陆做好技术储备。”欧阳院士说。月球上没有空气,连降落伞都无法使用,因而要想在月球精确软着陆的难度可想而知。如果落在斜坡上,月球探测器就可能“翻车”,无法正常工作。此次成功撞月无疑是一次“实战演习”。

落月地点的选择需要考虑几方面的因素。据中国空间技术研究院庞之浩研究员介绍,首先,这个地点必须容易被地面观测到,现在的撞击点在月球的赤道附近,而且是面对地球的一面。另外,这个地点可能是将来探月工程二期探测器选择落月的地域,现在撞击后可以通过地面观察到这个地点的一些情况。

时间的选择与把握同样和多个因素有关。庞研究员举例说,为了更好地观测撞月的效果,绕月卫星必须运行到地面控制和观测均较好的时段落月。“‘嫦娥一号’落月的时间要精确到秒。”

挑日子自然也很有“讲究”。“一个重要原因是,要选择在月球的正面撞击。”中国科学院紫金山天文台王思潮研究员解释说,人们看到的都是正面(永远都向着地球),而月球的背面却是一个未知的世界。“只有在正面撞击,才有利于观测。”而今年的3月1日正值月亮弯弯之时,其大部分地方是黑暗的。“红外望远镜能够探测到撞击时所产生的红外信号,这就像萤火虫的原理一样--在200瓦的灯光下,我们看不到萤火虫发光,只有在黑暗的条件下才能更好地观测到。”

“由于月球上没有刮风下雨的风化现象,撞击后留下的坑将在月球表面保留上千年。”王研究员认为。

不过,2月份美、俄的两颗通信卫星相撞而产生大量太空垃圾一事也引发一些人对撞月行为的置疑。专家的解释是,与两卫星“两败俱伤”不同,“嫦娥一号”卫星与月球相比,无论体积还是质量都有悬殊,两者撞击只是给月球“搔痒”,由此产生碎片和尘埃还是会被月球吸引到它的表面,因此两者撞击不会产生新的太空垃圾。

而撞月更表明了中国的远程遥控登上了一个新的台阶。王思潮说,“嫦娥一号”原本是围绕着月球转,如果要撞击月球,火箭必须进行180度的大转弯,进行反向喷火,就如同司机“倒车”一般。“这就考验超远距离的远程控制能力,因为在遥远的离地球平均距离38.4万公里的月球上,无线电信号非常弱--从地球地面传到月球的信号,比地球地面传到此前的中国载人宇宙飞船的信号弱得多,要想精确控制绝非易事。”

 

历险 超额

深空环境复杂多变,“嫦娥一号”的绕月之旅也是个历险的过程。2007年11月10日前后,她便遭遇日凌这一特殊天象的干扰。

所谓“日凌”是指,太阳运行到地球赤道上空时距离地球最近,它发出的电磁波对地球的辐射最为强烈。“电磁波干扰到我们的地面观察站,工作会不正常,给卫星发指令的时候有可能产生误差。”中国探月工程总设计师孙家栋院士说。而坐在记者面前,他对曾经发生过的难题“一笑置之”。这位80高龄的科学家,正是1970年4月中国成功发射的第一颗人造卫星的技术总负责人。

“嫦娥一号”还经历过3次月食的考验。“要很长一段时间,卫星见不到太阳,温度就相对比较低了,并且帆板也不能发电,星上只能依靠蓄电池,但为了不超重又不能带太多……因此,所有天气现象在设计过程中都要进行非常细致的考虑。”孙老说道。

就今年年2月9日的第3次月食考验,嫦娥一号卫星系统总设计师和总指挥叶培建院士回忆,从监控数据看,卫星的表现比原先预计的要好,“如原来预计在-100℃多的严寒情况下,卫星会消耗六成的电量,可实际只消耗了四成。”

“‘嫦娥一号’的任务都完成得非常出色,原定的四大科学目标均顺利完成。”欧阳自远院士评价道。

在他看来,中国第一颗月球探测卫星应在确保成功的基础上,优选探测目标,确保重点,探测内容既与国际接轨,又要具有特色,为月球研究和“重返月球”提供前所未有的新资料,奠定中国月球探测和深空探测的特色和地位。

“嫦娥一号”的第一项科学目标,便是为月球“画像”,“也就是要通过各种手段获取月球表面影像和立体图像。虽然个别国家已做过类似的工作,但立体图像中却存在一些空白区。”欧阳院士称,“这次我们的目标不仅要完全覆盖全部月球表面,绘制月球0°到南北纬70°的全月球影像图,特别是还包括精细测绘南极和北极区域的三维影像图。在此基础上,对月球的地形地貌区划、地质构造、撞击坑分类和月球演化等方面进行研究。”上天1个月之后,“嫦娥”传回第一张高清晰月亮表面图片。“我们还运用立体照相机发回的300多轨月表图像,拼合出了目前世界上已公布的月球影像图中最清晰、最精确的一张全月球影像图。”月球的自转周期与围绕地球的公转周期一致,在地球上人类永远看不到月球背面,而所公布的月球背面部分区域影像图显然很有“看头”,也更具科学意义。

月球是一个能源宝库。科学家们在测定月球表面的多种元素分布以及所含的矿物的同时,还完成了研究月球内层土壤各个地方的厚度,以此估算月壤中氦-3的资源量和分布特征。

第4个科学目标则是完成了月球环境探测,了解了月球表面以及空间的数据。目前有关部门正在做各种数据分析和测算,以揭示月球真容。

专家们还额外收获了一项重要内容--分析出月球重力场的分布。“在发射之前是没有预计到有这个能力的。”嫦娥一号卫星测控系统VLBI分系统总体技术主任、中国科学院上海天文台研究员平劲松坦言。

“人类为什么要探月,因为月球与地球的关系太密切了,甚至地球上生命起源的答案就在月球上!”南京大学天文系萧耐园教授指出,也许人们根本感受不到,但月球的影响无处不在,如古人编历法,就是以月亮围绕地球运行的周期为一个月的;月亮还会引起潮汐作用、人的生理周期;月球本身可用于天文导航,等等。有科学家还认为,月球表面的尘埃可能隐藏着地球40亿年前遭到彗星和小行星撞击并爆炸之后的岩石碎片;月球上火山口形状的山峰甚至可能藏有地球某些最早的微生物的化石。

月球起源也一直困扰着世界各国的科学家们,目前有四大种假说在“打架”,包括月球和地球是“姐妹”关系、“母子”关系、“夫妻”关系或“月球是地球遭受碰撞后的产物”以及兼容了以上三种学说的碰撞说。而科学家称,通过分析撞击成功后掀起的大量月球尘埃,将有利于真正揭开月球的“身世”之谜。

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