俄羅斯專家透視中國登月計劃

俄羅斯專家透視中國登月計劃


嫦娥之舞
——透視中國登月計劃

（俄）弗拉基米爾·謝爾巴科夫 莫斯科能源學院科研實驗室主任　
王曉夏　編譯


在最近不到10年時間裏，中國的航天工業在強有力的財政支持下獲得了井噴式的空前發展。
最近幾年，中國儼然已成為世界“宇宙空間探索俱樂部”中的主要“玩家”之一，如果說在上世紀60～70年代，美蘇為爭奪全球霸權而展開了首次激烈的登月競賽，那麽這場早已塵封的競賽在50年之後又被中國的嫦娥計劃重新“激活”了。這場競賽中不但增加了中國這個新“玩家”，而且沉寂南亞的印度也宣稱要加入這場競賽。而重重迷霧背後，中國航天是否要超越美國？美國能否重返月球？都還是懸念，而俄羅斯人也同中國站在相同的起跑線上，也要為自己的第一次踏向月球進行緊張的準備。
追逐“嫦娥”的第一步
中國第一顆探月衛星用一位中國古代神話傳說中的女性來命名，根據《淮南子》的記載，這個名叫嫦娥的中國婦女在喝下她丈夫贈給她的長生不死藥水後，離開了他的丈夫——射手後裔，飛向了皎潔星空下的月亮，從此就一直居住在那裏。登月後的嫦娥容貌也發生了神奇的變化，美麗逝去的嫦娥變成了一隻蟾蜍。雖然借助長生不死藥水的力量得到了永生，但是月亮上的孤寂生活又令嫦娥開始懷念人間煙火及她的丈夫，於是在每年的8月15日（農曆）她就會用相思點亮月光來照射人間，隻為能夠再看看她的丈夫。如今千年已去，中國啟動的登月計劃將踏著嫦娥的足跡去尋覓月球上能讓中國永恒的“長生藥水”。
去年10月24日下午6點05分，中國在西南部的四川省西昌航天發射中心用“長征”-3A型運載火箭將“嫦娥”-1號探月衛星送入了太空。這雖然是登月計劃的第一步，但是相關工作早在2004年便已啟動了。自那時起，中國開始著手對各方科研技術力量進行部署調整，同時更新各種技術設備，其中包括發射檢查係統、計算機係統、通訊係統以及氣象預報及保障係統等，涉及項目超過了100項，而且其中的25項專門用來保障探月衛星“嫦娥”-1號的順利發射。為了見證中國登月計劃的第一步，中國方麵甚至組織了近2000名遊客觀看衛星發射瞬間。但是作為探月計劃的附加增值項目，每位觀眾支付了800元的觀看費用（近107美元）。“嫦娥”-1號雖然順利發射並在11月5日進入近月極地觀察軌道（距離月麵200千米），但是中國的登月第一步卻比其鄰國日本晚了一步。作為中國競爭者的日本在去年9月14日便發射了一枚名為“月亮女神”的探月衛星。
中國為了將漂亮的“嫦娥”-1號女神成功地送入太空，在其設計、組裝和發射過程中共計消耗了10～14億元人民幣，其數目相當於在北京市修建2公裏的地鐵線路的開銷。但中國科研部門從這項工程中得到的回報也很可觀。中國登月計劃的首席科學家、中國科學院院士歐陽誌遠在接受中國官方媒體新華社采訪時向外界表示：這項計劃對科研工作具有重大意義，同時能為中國航空天領域培養新一代技術人才。
“嫦娥”-1號的發射僅僅是中國龐大登月工程的第一步，雖然中國並未公布其具體計劃的時間表，但是中國為這一浩大工程花費了20億美元（日本為其探月計劃花費了36億元人民幣），在充沛的財力保證下，後繼計劃的實施也隻是時間早晚的問題。
探月衛星如何工作
“嫦娥”-1號探月衛星於去年11月5日到達近月軌道並開始正常運行，中國專家之所以選擇月球極地軌道作為探月衛星的工作軌道，是因為這樣有可能讓探月衛星獲得整個月球表麵的影像資料，而且包括了月球兩極的極地地區。
為了保證衛星能夠按照指定的形態在軌道上飛行，“嫦娥”-1號衛星采用了三軸穩定係統，而且“嫦娥”-1號衛星的490N型小推力主發動機能夠幫助衛星在軌道上調整飛行姿態。“嫦娥”-1號衛星主要完成以下四項科學探索任務：
1、通過遙感探測獲取月球表麵三維影像，並對月球的某些特定區域進行高精度的地形勘測，以研究月球各種地況地貌的分布情況，如月球火山口的分布；確定月球表麵某些結構部位的變化情況，以及這些地貌結構的形成曆史。
2、探測月球表麵有用元素含量和物質類型，其中包括研究月球含有的14種最重要的元素以及礦產，確定月球土壤的結構以及礦物組成，研究作為地球唯一衛星月球的化學演化曆史，並確定月球上高價值礦藏的儲備總量，如鐵礦、鈦礦、稀土礦藏等等。
3、探測洛格裏特的厚度，洛格裏特是月球物質的術語，月球表麵覆蓋的是一層名物質，它形似地球表麵的粉狀礦物質。根據目前已經掌握的資料，洛格裏特物質層下埋藏著豐富的氦-3元素。在氦-3元素的參與下，可以利用原子熱核聚變反應技術能製造出清潔能源。對於中國這樣一個能源消耗大國而言，其意義相當巨大，而能源的瓶頸的製約也成為中國積極推動探月計劃的推動力之一。因此“嫦娥”-1號還肩負著探測氦-3（3He）資源分布的重任。
4、探測月球周邊宇宙空間，捕獲發現高能粒子以及低能離子，並研究其數據。這有助於中國科研人員更好地研究月球形成的曆史。
為了保證“嫦娥”-1號能夠很好地完成飛行及正常工作，“嫦娥”-1號裝備了多項國產先進裝備，如陀螺儀、太陽位置傳感器、星光傳感器、紫外線感應控製器、以及其他機載係統，如導航與控製係統具備自動檢測能力，可自行排除故障。“嫦娥”-1號的核心計算機係統可以超穩定地裝載各種運算數據，從而保障衛星自檢控製係統的正常運行，如溫度保護係統及能源保障係統等基礎係統的正常運轉。
“嫦娥”-1號自重2350公斤，在飛行狀態下有效載荷為130公斤，可以搭載24種各類儀器開展太空科研工作。這些儀器包括：由幹擾光譜儀和三維攝像機CCD芯片的成像係統、激光高度儀、伽瑪/X光頻譜儀、微波檢測儀、太陽粒子檢測儀（主要用來研究太陽風，能夠捕獲發現高能粒子以及低能離子）、數據和圖像處理係統等。
“嫦娥”-1號攜帶的科研儀器可以保證對月球表麵進行高精度的三維拍攝，並開展對月球附近軌道以及月地之間的空間的科研項目。目前中國地麵控製中心已經獲得了由“嫦娥”-1號衛星傳回的大量高清三維月麵影象，也是目前世界上最清晰的三維影像。“嫦娥”-1號最重要的使命之一就是要尋找適合後繼航天器登陸的月麵位置，進而在月麵建立永久性科研探測基地。鑒於中國麵臨的能源需求壓力，積極探索月球氦-3元素資源將成為永久性科研基地的重要使命。永久性基地將建立樹狀太陽能電站，為後繼航天器的到來提供電力。此外永久性基地也將提供真正的真空環境，地麵上不可能完成的與真空狀態有關的各種科研和工藝項目也將在永久性基地實施。月球永久性科研站將為中國科研工作提供意義重大的新實驗環境。


中國特色的登月及駐月基地
中國的登月工程帶有濃重的中國味道，甚至對於登月工程的描述也完全是中國式的風格。中國國家航天局局長孫來燕在描述登月工程時用了簡單的三個詞匯：“繞”、“落”、“回”。在登月工程的第二步，中國將讓自己的登陸衛星著陸月球表麵，其中包括月球表麵軟著陸以及著陸設備在月球的行進。著陸地點就會選在探月軌道衛星“嫦娥”-1號所能探測到的月球表麵，而“嫦娥”-1號也將在月球表麵運轉3年左右的時間。
整個月麵設備將工作3個月球日（相當於地球上的3個月），中國將最遲在2012年實現這一夢想。就這一速度值得一提的是，早在1991年就有中國學者提出了中國應開展探月工程的建議，而且也得到了主管部門的批準，但是直到1998年中國的探月計劃才真正開始實施。
2000年中國政府發布了《中國航天工業發展白皮書》，提出了中國航天探索宇宙空間的長期規劃，並對中長期的發展進行了預測分析。在一係列規劃中，登月計劃成為中國未來太空“王冠”上最閃亮的寶石，尤其是2005年中國載人宇宙飛船成功了實施了繞地飛行之後，登月工程成了中國上上下下最受關注和期待的話題。而登月計劃的起步也僅僅比“神舟”-5號成功升天早一年而已，2004年1月中國政府原則上批準了登月計劃的第一步——向月球發射探測衛星，一個月後即成立了一個特別領導小組，負責統籌相關的登月工程計劃。在其召開的第一次會議上，與會者最終敲定了登月工程第一步計劃中需要實施的總體細節方案。整個方案被正式命名為“嫦娥計劃”，計劃中涉及的航天器也命名為“嫦娥”。“嫦娥”探月衛星以中國1997年發射的“東方紅”-3號衛星（DFH-3）為基礎進行研製，而且可以和“東方紅”-3號使用相同的運載火箭（“長征”-3A）。　
從2004年1月確定科研計劃開始，中國的航天科研人員用了不到一年時間，就完成了理論設計工作，2004年11月便開始製造原型衛星，2005年完成了所有科學論證和技術測試工作，並確定了最終設計方案，隨後在2006年便製造出了“嫦娥”-1號衛星。不僅如此，2005年還在北京專門成立了月球研究中心，該中心的科研人員受命分別在2007年、2012年、2017年完成無人航天器的登月計劃。
到目前為止，中國2017年的登月方案似乎還沒有最終確定。據透露，在相關的登月方案競標中，中國有近13家企業和科研機構參與了競爭。其中中國航天科技集團（CAST）在2006年10月的珠海航展上將自己設計的原型機模型進行了公開展示；上海航天工業局與其他院校協作研製的月球車也向公眾進行了展示，它以核電池為動力，能夠適應夜晚條件下月球表麵嚴酷的環境。雖然具體細節目前還不得而知，但未來2017年中國航天將按計劃在全球矚目之下，將自己的無人登月航天器送入指定的月球表麵，其裝備的機械手將會把月球的土壤標本送返地球。為了實現這一藍圖，中國目前正協調全國20多家科研機構投入這一科研項目。

2007年3月6日，“嫦娥工程”的領導者和中國“神舟”-5號飛船的運載火箭“長征”-2F的總設計師在接受中國記者采訪時，認為中國在15年後將具備航天器登陸月球的技術能力，前提是在這一期間能夠得到足夠的財政支持，以及“嫦娥工程”不被中斷。在目前所實施的科研計劃中，麵臨的最大問題是中國在超大推力運載火箭方麵還是空白，需要盡快著手研製。
“長征”-2F的設計師在3月6日也向記者表示：中國采用無汙染燃料的“長征”-5型係列運載火箭將在未來7到8年內研製完成，這種新型火箭將裝備推力更大的YF-100新型發動機，具備25噸的運載能力。而在2006年中國就已成功地完成了新一代液體運載火箭發動機的點火試驗。未來中國的超大推力運載火箭可能運載更大的航天器將中國太空人送入月球。
中國航空航天工業突飛猛進的縮影
2006年在美國太空基金會主辦的一次太空研討會上，客座拜訪的中國航天部門高層人士在談到中國航天工業的發展計劃時稱，中國在未來5到8年內計劃發射大概100顆衛星。中國人的驚人之語似乎並不隻是紙上談兵。中國的航天科研人員主要研製3種類型的人造衛星：通訊衛星、氣象衛星以及地球遠距離探測衛星，而且在返回式航天器以及展示裝置上也投入了大量的精力。中國的運載火箭也同樣出色，目前中國已經擁有12種各型號的運載火箭，而且中國正在研製的運載火箭以及新型推進模塊，不但有效推力更大，而且燃料毒性也會更小。這些運載火箭將確保中國能將有效載荷為25噸的航天器送向近地軌道以及地球同步衛星軌道。
在最近不到10年時間裏，中國的航天工業在強有力的財政支持下獲得了井噴式的空前發展。1999到2000年中國連續發射了4艘無人航天飛船，對其運載火箭以及太空人生命維持係統進行實驗，之後在2003年又成功地發射了“神舟”-5號載人航天飛船，中國從此進入了“載人航天俱樂部”，成為繼蘇俄、美國之後的第3名“會員”。此後不到2年，中國又在2005年發射了“神舟”-6號飛船，將兩名太空人送入太空；最近發射的“神舟”-7號又成功完成了太空行走――“載人航天俱樂部”的預定科目。

中國的航天工作者們在相關領域已經和他們的國際同行開展了多年廣泛的合作，目前中國已經和歐洲航天局、俄羅斯、巴西以及幾個環太平洋亞洲國家建立了合作關係。而且北京也鼓勵中國航天專家和外國同行進行廣泛的交流。
例如中俄航天部門在去年27日簽署了合作協議，共同探測火星及其衛星火衛一。這項計劃成為中俄航天合作協議的重要組成部分。我們的“火衛一土壤樣品返回”空間飛行器(簡稱“福布斯探測器”)與中國的小衛星由俄運載火箭同時發射，中國的小衛星將由福布斯探測器送入繞火星的橢圓軌道。中國小衛星將自主完成對火星空間環境的探測任務，並與福布斯探測器聯合完成對火星環境的掩星探測。福布斯探測器將著陸在火衛一表麵進行探測，並在提取火衛一樣品後返回地球；由香港理工大學研製的火衛一行星表土準備係統將裝載在福布斯探測器上，用於對火衛一表麵物質進行現場熱力分析。所有相關工作都將在2009年內完成。除了中俄兩國的合作外，中國目前還積極謀求加入國際空間站。隨著中國在航天領域不斷取得巨大成就，國際空間站的大門遲早會為中國而打開。

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各國登月計劃簡介

　
無人航天器登月計劃：印度製定的兩個登月計劃：“月船”-1號（Chandrayaan-1）計劃（原計劃2008年4月發射，但後推遲到今年10月22日發射）和“月船”-2號計劃（計劃2010年或者2011年發射）；美國的月球軌道探測器（LunarReconnaissance Orbiter，原計劃將在今年10月發射）；俄羅斯製定的“月球-格羅勃”計劃（將在2010年或者2012年發射）；
除上述計劃外，以下計劃尚處於不確定狀態中：巴西的“月光”計劃（Moonlight,計劃2010年發射）；德國的LEO計劃（2012年發射）；日本的“月亮女神”-2計劃（Selene-2，計劃2012至2013年發射）；還有穀歌公司發布了GoogleLunar X Prize登月競賽，有消息稱羅馬尼亞航天部門有意參與投標，但是在2007年穀歌公司取消了這一競賽。
載人登月計劃：美國的“星座計劃”（Constellation,預計2018年能重返月球）；日本登月計劃在2020年開始；西歐在歐洲航天局的架構下製定了“黎明女神”計劃（Aurora,計劃在2024年發射）；中國可能在2024年登月；俄羅斯可能在2025年登月；印度可能在2030年登月；除此以外很多國家可能會進行聯合登月計劃。


俄羅斯將和印度登月？
早在2002年印度就已同俄羅斯就聯合登月問題進行磋商，雙方將攜手於2010-2011年聯合實施月球自動探測站登陸月麵工程。2007年俄羅斯聯邦宇航局長阿納托利-佩爾米諾夫與印度航天研究組織領導人馬德哈萬-奈爾達成了合作協議。
根據協議，印度方麵將提供搭載月球探測車的運載火箭以及發射火箭所需要的場地，俄羅斯方麵則提供月球探測車以及對月球資源進行勘探開發的各種技術設備。此外，雙方還將在多項航天領域展開合作。有消息透露稱，以俄羅斯為主導的聯合無人探月計劃將分兩個階段進行，第一階段將於2010年啟動。按照初步設想，第一階段探月活動包括研究月球內部構造、對月球進行遠程遙控探索以及勘探月球表麵有用的礦產資源等。第二階段從2011年開始，俄羅斯將向月球表麵投放一個重約400公斤的新式無人探月車，對月球展開實地勘測活動。
對於登月計劃，俄羅斯國內的反應也很積極。俄羅斯“動力”火箭航天公司已在2007年初向俄羅斯聯邦宇航局提交俄羅斯未來航天計劃，該計劃已被俄羅斯科學院批準。俄羅斯未來航天計劃主要采取以下四個步驟：首先開發經濟適用的航天運輸係統，其次對現有的載人航天器進行全麵升級，第三是實現月球飛行，第四則是飛上火星。俄羅斯航天專家認為，俄羅斯現在有足夠的技術能力完成繞月飛行或登陸月球，但需要俄羅斯聯邦宇航局的財政支持。而如果俄羅斯和印度合作，印度將會分擔部分費用。
雖然美國已經啟動了重返月球計劃，俄羅斯如果同樣開始計劃的話，則會提前登月。有專家稱：隻需要對“聯盟”號飛船進行改裝就可以完成登月任務。一旦俄羅斯成功登月，就可以啟動對月球資源進行開采的計劃。鑒於目前俄羅斯已經在“石油能源經濟”中獲利頗豐，完全有能力負擔這一開銷。俄航天專家預測稱：隻需投資500億到700億美元，就能實現對月球上的氦-3原料進行工業化開采，而麵對石油價格的高漲以及未來石油資源將麵臨枯竭，現在控製石油“能源武器”的俄羅斯同樣希望盡早開采月球上的采氦-3。《現代艦船-軍事廣角》2008年刊載