全國(guó)政協(xié)委員、中國(guó)航天科技集團(tuán)五院(以下簡(jiǎn)稱五院)黨委書記趙小津日前透露,我國(guó)計(jì)劃今年實(shí)施嫦娥四號(hào)探月任務(wù),探測(cè)器將實(shí)現(xiàn)人類首次在月球背面軟著陸,開展原位和巡視探測(cè)。
“我們將在嫦娥四號(hào)任務(wù)的中繼星上搭載兩顆小衛(wèi)星,做射電干涉試驗(yàn),探測(cè)宇宙‘黑暗時(shí)代’。”全國(guó)政協(xié)委員、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心研究員吳季3月2日說(shuō)。
這是中國(guó)探月工程又一次踏上征程,將書寫人類探索月球的新篇章。國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》預(yù)測(cè)2018年全球科技大事件,嫦娥四號(hào)任務(wù)“榜上有名”。
中繼衛(wèi)星關(guān)系任務(wù)成敗,45萬(wàn)公里通信距離帶來(lái)難題
嫦娥四號(hào)任務(wù)將分兩次發(fā)射。趙小津說(shuō),我國(guó)計(jì)劃在上半年先往地月拉格朗日2點(diǎn)發(fā)射一顆中繼衛(wèi)星。中繼衛(wèi)星是實(shí)施嫦娥四號(hào)任務(wù)的前提,關(guān)系到整個(gè)任務(wù)的成敗。
由于被地球潮汐鎖定,月球只能永遠(yuǎn)以同一面朝向地球。人類在地球上不僅從未見(jiàn)過(guò)月球背面,通信信號(hào)也會(huì)被阻隔。地月拉格朗日2點(diǎn)位于地球與月球的延長(zhǎng)線上,距地面約45萬(wàn)公里。趙小津說(shuō),在這個(gè)位置布置一顆中繼衛(wèi)星,既能“看到”月球背面,也能“看到”地球,可以將嫦娥四號(hào)著陸器和巡視器獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)傳回地球,并通過(guò)中繼衛(wèi)星提供嫦娥四號(hào)軟著陸及月面工作期間的測(cè)控支持。
此前,我國(guó)為了滿足載人航天等任務(wù)的測(cè)控需求,發(fā)射了天鏈一號(hào)系列中繼衛(wèi)星,部署在距地面約3.6萬(wàn)公里的地球同步軌道。嫦娥四號(hào)中繼衛(wèi)星的用途和技術(shù)途徑與之相似,軌道距離卻遠(yuǎn)了十多倍,技術(shù)難題隨之而來(lái)。此前有航天專家指出,相比地面口徑可達(dá)數(shù)十米的天線,無(wú)論是中繼衛(wèi)星還是嫦娥四號(hào)探測(cè)器,天線的口徑都不可能太大,因而只能用窄波束天線實(shí)現(xiàn)較大容量的數(shù)據(jù)傳輸,這對(duì)天線的指向精度要求極高。
趙小津說(shuō),這顆中繼衛(wèi)星的研制是在嫦娥四號(hào)任務(wù)方案確定之后提出的,研制周期只有2年多時(shí)間,而且面臨全新的軌道和任務(wù)要求。與其他中繼衛(wèi)星4年以上的研制周期相比,時(shí)間非常緊張。經(jīng)過(guò)努力,五院科研團(tuán)隊(duì)攻克了地月拉格朗日2點(diǎn)軌道設(shè)計(jì)與控制、遠(yuǎn)距離中繼通信等關(guān)鍵技術(shù),如期完成了研制任務(wù),產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)完全符合任務(wù)需求。
嫦娥四號(hào)晚上也能工作,“玉兔”悲劇不會(huì)再發(fā)生
中繼衛(wèi)星完成在軌測(cè)試后,我國(guó)計(jì)劃在下半年發(fā)射嫦娥四號(hào),讓它降落在月球南極附近的艾特肯盆地。
嫦娥四號(hào)本是嫦娥三號(hào)的備份。不過(guò)趙小津表示,嫦娥四號(hào)的著陸方式、工作狀態(tài)跟嫦娥三號(hào)有很大區(qū)別,性能上也有很大提升。
2013年12月,嫦娥三號(hào)成功降落在月球正面雨海北部區(qū)域。趙小津說(shuō),月球正面有較為寬闊的平原,雖然也有許多隕石坑,但即使是坑底也相對(duì)平整。月球背面的地形則更為復(fù)雜,隕石坑更多,地勢(shì)更陡峭。因此嫦娥四號(hào)不能像嫦娥三號(hào)那樣以弧形軌跡緩慢著陸,為了不撞到峭壁,它必須采取近乎垂直的降落方式。
月球上的“一天”大約相當(dāng)于地球上的28天,晝、夜各占一半,溫差可達(dá)300攝氏度以上。為了熬過(guò)寒冷漫長(zhǎng)的月夜,嫦娥三號(hào)采取了休眠策略,借助放射性同位素?zé)嵩醇觾上嗔黧w回路技術(shù)維持體溫,滿足基本的能源需求,等到太陽(yáng)出來(lái)再自主喚醒。嫦娥四號(hào)的能源方式更進(jìn)一步,憑借同位素溫差發(fā)電與熱電綜合利用技術(shù),不僅能安然度過(guò)月夜,還能開展一些測(cè)量工作。
2014年1月,嫦娥三號(hào)帶上月球的“玉兔”月球車出現(xiàn)異常,故障始終未能排除,讓千萬(wàn)網(wǎng)友痛心不已。有了前車之鑒,科研團(tuán)隊(duì)對(duì)嫦娥四號(hào)巡視器進(jìn)行了改進(jìn),增加了可靠性。“我相信這次肯定不會(huì)出現(xiàn)同樣的問(wèn)題。”趙小津說(shuō)。
相比嫦娥三號(hào)任務(wù),嫦娥四號(hào)將更深層次、更全面地科學(xué)探測(cè)月球地質(zhì)、資源等信息,完善月球的檔案資料。航天專家龐之浩認(rèn)為,對(duì)月球背面進(jìn)行區(qū)域性詳查和精查十分重要。深入了解月球背面,對(duì)研究月球的起源和演變、調(diào)查月球地質(zhì)和資源情況等有重要作用;同時(shí)那里不受來(lái)自地球的無(wú)線電波干擾,是建造科研基地的理想圣地。
尤其是月球兩極,探測(cè)意義更為重大。記者了解到,月球兩極有兩種特殊區(qū)域:一是永久光照區(qū),可以獲得持續(xù)穩(wěn)定的太陽(yáng)能;二是永久陰影區(qū),可能存在大量水冰。龐之浩認(rèn)為,如果能確定月球兩極是否有水和其他資源,不僅能作為月球基地選址的重要參考,也有助于把月球作為跳板進(jìn)行載人火星探測(cè)。因?yàn)樗苡糜诤教靻T的生活,還能分解成氫和氧作為飛船燃料。他表示,開展月球背面和兩極的探測(cè),有望獲得一批重大原創(chuàng)性科研成果。
“希望2025年開始月球基地建設(shè),2030年實(shí)現(xiàn)載人登月”
月球,是人類邁向深空的第一站;嫦娥奔月的故事,也寄托著千百年來(lái)國(guó)人的夢(mèng)想。上世紀(jì)90年代,我國(guó)科學(xué)家開始努力將夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
2007年,我國(guó)發(fā)射嫦娥一號(hào)衛(wèi)星,拉開了中國(guó)人探索月球的序幕。嫦娥一號(hào)在距月面200公里的軌道繞行了近500天,獲得了世界首幅三維立體全月圖。
2010年發(fā)射的嫦娥二號(hào),在嫦娥一號(hào)基礎(chǔ)上更進(jìn)一步。它的工作軌道距月面僅100公里,獲得了分辨率更高的三維影像、月球物質(zhì)成分分布圖等資料。既定任務(wù)完成后,嫦娥二號(hào)開展了拓展試驗(yàn),先探測(cè)了距地球150萬(wàn)公里的日地拉格朗日2點(diǎn),又飛到700萬(wàn)公里之外,與圖塔蒂斯小行星擦身而過(guò),拍下了寶貴的照片。此后它不斷飛向深空,驗(yàn)證我國(guó)的測(cè)控通信能力。如今嫦娥二號(hào)正圍繞太陽(yáng)做橢圓軌道運(yùn)行,預(yù)計(jì)會(huì)在2020年前后回到地球附近。
在我國(guó)探月工程三步走計(jì)劃中,“繞、落”任務(wù)已經(jīng)完成,下一步將發(fā)射嫦娥五號(hào)探測(cè)器,從月球采集2公斤月壤帶回地球。按照原本的計(jì)劃,嫦娥五號(hào)應(yīng)該在2017年底由長(zhǎng)征五號(hào)火箭發(fā)射,由于此前長(zhǎng)征五號(hào)遙二火箭發(fā)射失敗,嫦娥五號(hào)任務(wù)也相應(yīng)推遲。
趙小津說(shuō),目前嫦娥五號(hào)處于存儲(chǔ)狀態(tài),發(fā)射時(shí)間還不能確定,要先等長(zhǎng)征五號(hào)遙三、遙四火箭發(fā)射成功,確保火箭可靠性達(dá)到要求。如果一切順利,嫦娥五號(hào)任務(wù)有望2019年實(shí)施。
如果嫦娥五號(hào)任務(wù)取得成功,我國(guó)將用它的備份——嫦娥六號(hào)開展新的探索。有專家認(rèn)為,如果嫦娥四號(hào)在月球背面發(fā)現(xiàn)了有價(jià)值的線索,可以讓嫦娥六號(hào)去月球背面采樣返回。
趙小津介紹,目前科學(xué)家已經(jīng)開始了探月四期工程的規(guī)劃,希望國(guó)家能盡快立項(xiàng)。在四期工程中,希望能開展月球基地的建設(shè),先由智能機(jī)器人操作,不斷組裝擴(kuò)大,為載人登月奠定基礎(chǔ)。未來(lái),月球基地可以開展科學(xué)試驗(yàn),也可以作為深空探測(cè)的中轉(zhuǎn)站。“我們希望在2025年左右能開始月球基地的建設(shè),2030年左右實(shí)現(xiàn)載人登月。這樣的規(guī)劃也是對(duì)探月三期工程的延續(xù)。”他說(shuō)。（記者 付毅飛）
