“嫦娥三號”將于近期發(fā)射。

“嫦娥三號”將于近期發(fā)射。作為我國第三顆人造繞月探月衛(wèi)星，“嫦娥三號”將身懷更多“絕技”，它將攜帶著陸器和月球車，月球車將從著陸器里面走下來，在月球表面漫步，可自行導(dǎo)航、選擇路線，尋找合適的探測點(diǎn)，并將數(shù)據(jù)傳輸回來，從而實現(xiàn)零距離探月的目標(biāo)。

□                                                              □　東方星

2013年下半年，我國將用長征-3B增強(qiáng)型火箭發(fā)射“嫦娥三號”（以下簡稱嫦娥-3）月球探測器，這是我國探月工程二期——“落”月探測的最關(guān)鍵一步。其工程目標(biāo)是：突破月球軟著陸、自動巡視勘察及其他相關(guān)技術(shù)，研制月球軟著陸探測器和月球車，建立月球探測航天工程基本體系，為后續(xù)工程服務(wù)。其主要科學(xué)目標(biāo)是：月面地形地貌探測；月壤的綜合探測；月表物質(zhì)成分和可利用資源調(diào)查；月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究；日-地-月空間環(huán)境探測、月基光學(xué)天文觀測。

據(jù)嫦娥-3顧問葉培建院士介紹，嫦娥-3是我國發(fā)射的第一個地外軟著陸探測器和巡視器（俗稱月球車），也是美國“阿波羅”計劃結(jié)束后世界上重返月球的第一個軟著陸探測器，它將首次自主開展月面就位科學(xué)探測。其主要任務(wù)是對月球土壤和月球環(huán)境的勘查、勘測，精細(xì)探測月球局部地區(qū)，包括化學(xué)成分、礦物組成、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和月球表面環(huán)境等，也包括要突破一些新的航天技術(shù)。

探月方興未艾

進(jìn)入21世紀(jì)以來，由于越來越多的國家或組織深刻地認(rèn)識到，探測月球?qū)φ巍⒔?jīng)濟(jì)和科技等許多方面都具有十分重要的意義，所以歐洲、日本、中國、印度和美國都先后成功發(fā)射了各自的月球探測衛(wèi)星，并取得了大量科技成果，從而在全球掀起了探月熱潮。

至今，人類總共發(fā)射了129個月球探測器，其中美國59個（不包括美國2013年將發(fā)射的“月球大氣與塵埃環(huán)境探測器”），蘇聯(lián)64個，日本2個，中國2個，歐洲1個，印度1個，成功率大約為50%。21世紀(jì)發(fā)射的月球探測器全部成功，但21世紀(jì)的月球探測熱潮與冷戰(zhàn)時期的月球探測熱潮有明顯的不同，探測月球的目的由冷戰(zhàn)時期主要滿足政治和科學(xué)需要，改變?yōu)榘芽茖W(xué)探索和經(jīng)濟(jì)利益相結(jié)合，以探測月球資源為主，為未來月球資源開發(fā)、利用打基礎(chǔ)；探測月球的規(guī)模更宏大，將陸續(xù)發(fā)射采用最新技術(shù)成果的多種先進(jìn)月球探測器，研究月球礦產(chǎn)資源的分布與利用，進(jìn)行月球特殊空間環(huán)境資源的開發(fā)；打破了20世紀(jì)只有美蘇兩個國家對月球探測的壟斷局面，歐洲、日本、中國和印度等國家或組織都紛紛進(jìn)行月球探測，并還將有越來越多的國家參與，且有可能逐漸轉(zhuǎn)變成以國際合作方式為主。

人類的探月可分為探月、登月和駐月三大步，即“探、登、駐”。目前，美國已經(jīng)完成了前兩個階段，未來將以第三階段為主，即建造可供人長期居住、工作的月球基地。蘇聯(lián)/俄羅斯走完了第一階段，今后可開展載人登月。歐洲、日本、中國和印度等都處在第一階段，以“探”為主攻方向，并按照繞月探測、落月探測、取樣返回，即“繞、落、回”三小步分步實施，逐步積累知識和經(jīng)驗。

由此可見，美蘇是探月的第一集團(tuán)，其中，美國最為先進(jìn)。歐洲、日本、中國和印度是探月的第二集團(tuán)，且都已完成繞月探測，所以紛紛開始瞄準(zhǔn)下一個目標(biāo)——落月探測，即研制包括月球車在內(nèi)的月球著陸器。

嫦娥工程二期

我國的探月工程——嫦娥工程分三期實施：一期工程為繞月探測，即發(fā)射一顆月球探測衛(wèi)星對月球進(jìn)行全球性普查；二期工程為落月探測，即發(fā)射月球軟著陸器，并攜帶月球巡視勘察器（俗稱月球車），在著陸器落區(qū)附近進(jìn)行就位精細(xì)探測，對月球進(jìn)行區(qū)域性詳查；三期工程為采樣返回探測，即發(fā)射月球采樣返回器，軟著陸在月球表面特定區(qū)域，并進(jìn)行分析采樣，然后將月球樣品帶回地球，在地面實驗室對樣品進(jìn)行詳細(xì)研究、精準(zhǔn)分析。嫦娥工程的每一步都是對前一步的深化，并為下一步奠定基礎(chǔ)。

現(xiàn)在，嫦娥一期工程的目標(biāo)已由2007年10月24日發(fā)射的嫦娥-1月球探測衛(wèi)星全部實現(xiàn)。目前，正在實施二期工程，核心任務(wù)是實現(xiàn)探測設(shè)備登上月球，進(jìn)行科學(xué)探測。其全稱叫“月面軟著陸探測與自動巡視勘察”，即把月球探測器發(fā)射至月球表面軟著陸進(jìn)行探測，精細(xì)探測著陸區(qū)的土壤、巖石、環(huán)境、熱流和月表的環(huán)境，進(jìn)行高分辨率攝影和月巖的現(xiàn)場探測或采樣分析，建設(shè)月基天文臺，為月球基地的選址提供月面環(huán)境、地形、月巖的化學(xué)與物理性質(zhì)等數(shù)據(jù)。

從獲取探測數(shù)據(jù)的直接性和豐富性的角度來看，軟著陸探測和巡視勘察是其他探測形式所不能替代的，在月球與深空探測技術(shù)發(fā)展中占據(jù)著十分重要的地位，但要突破一系列關(guān)鍵技術(shù)。由于嫦娥工程二期需要攻克的關(guān)鍵技術(shù)多，技術(shù)跨度和實施難度大，所以經(jīng)研究決定，為了降低二期工程的風(fēng)險，在發(fā)射我國首個月球著陸探測器嫦娥-3之前，先于2010年10月1日發(fā)射嫦娥-2月球探測衛(wèi)星作為二期工程的技術(shù)先導(dǎo)星，即開路先鋒。它用于試驗驗證嫦娥-3實現(xiàn)月面軟著陸任務(wù)的部分關(guān)鍵技術(shù)，勘察預(yù)選著陸區(qū)，為嫦娥-3、4 （嫦娥-4為嫦娥-3的備份月球著陸探測器）實現(xiàn)月面軟著陸積累經(jīng)驗，并在嫦娥-1任務(wù)的基礎(chǔ)上深入開展月球科學(xué)探測，所以它具有承前啟后、繼往開來的重要作用。

2013年發(fā)射的嫦娥-3可獲取月球內(nèi)部的物質(zhì)成分并進(jìn)行分析，將由一期工程的“表面探測”引伸至內(nèi)部探測。其中著陸器定點(diǎn)守候，月球車在月球表面巡游90天，范圍可達(dá)到5平方公里，并抓取月壤在車內(nèi)進(jìn)行分析，得到的數(shù)據(jù)將直接傳回地球。由于月面工作環(huán)境惡劣，晝夜溫差高達(dá)300攝氏度，地形崎嶇，地表松軟，所以對月球車提出了較高的工作要求，它不僅要耳聰目明、步伐矯健、心靈手巧，還要能“忍饑挨餓”。

登月的機(jī)器人

嫦娥-3由著陸器和月球車組成。據(jù)中國探月網(wǎng)早期介紹，為了實現(xiàn)預(yù)定科學(xué)目標(biāo)，其著陸器擬配置以下有效載荷：全色攝像/照相機(jī)、激光反射器、粒子激發(fā)X射線譜儀、紅外光譜儀、低頻射電探測儀、近紫外月基天文望遠(yuǎn)鏡、極紫外相機(jī)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器、月震儀、研磨器、空間環(huán)境探測器、降落相機(jī)和機(jī)械臂等。月球車配置的有效載荷為：立體成像系統(tǒng)（即全景相機(jī)）、測月雷達(dá)、粒子激發(fā)X射線譜儀、紅外光譜儀、低頻射電探測儀、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器、質(zhì)譜儀、多光譜顯微鏡、研磨器和機(jī)械臂等。

我國專家最近透露，嫦娥-3著陸器設(shè)計壽命為一年，有四條支架腿，將攜帶測距測速雷達(dá)、激光測距儀、近紫外月基天文望遠(yuǎn)鏡和極紫外相機(jī)等。其中近紫外月基天文望遠(yuǎn)鏡將首次實現(xiàn)月基天文觀測，因為月球沒有大氣層屏障，所以用很小的望遠(yuǎn)鏡就能看得很遠(yuǎn)；極紫外相機(jī)既可拍攝月球的地形地貌，也能在飛行過程中拍攝地球，探測地球等離子體層的變化特點(diǎn)，提高中國空間環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報能力；著陸器上的雷達(dá)主要用來探測月球的地質(zhì)信息。

嫦娥-3月球車有六個輪子，它相當(dāng)于一臺智能機(jī)器人，將攜帶360度全景相機(jī)、紅外光譜儀和粒子激發(fā)X射線譜儀等，能精細(xì)地探測月球表面的化學(xué)元素。月球車底部裝載的雷達(dá)，可探測月球車巡視路線上100米深度的月壤層結(jié)構(gòu)。在脫離著陸器之后，月球車可開展為期1~3個月的月球巡視勘察。著陸器和月球車分開工作后可以互相監(jiān)視，用各自攜帶的相機(jī)“互拍”，到時候著陸器就會拍下月球車上的中國國旗，再傳回地面，這是嫦娥-3在月球著陸的一個證據(jù)。嫦娥-3進(jìn)行的有些探測將是世界月球探測史上的創(chuàng)舉，可使我國首次獲得月球降落和巡視區(qū)的地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造的相關(guān)數(shù)據(jù)。嫦娥-3月球車將應(yīng)用“多維精細(xì)超光譜遙感成像探測技術(shù)”，這表明我國遙感成像探測技術(shù)獲重要突破。

據(jù)有關(guān)媒體透露，嫦娥-3任務(wù)的特點(diǎn)是：①選擇與以往不同區(qū)域著陸；②月面軟著陸就位探測與月球車巡視勘察二者同時進(jìn)行并有機(jī)結(jié)合，將獲得比以前更有意義的探測成果；③在國際上首次利用測月雷達(dá)實測月壤厚度（1~30米）和月殼巖石結(jié)構(gòu)(1~3公里)；④首次在軟著陸上利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器精確測定地月間距離，進(jìn)行月球動力學(xué)研究；⑤首次開展日地空間和太陽系外天體的月基甚低頻射電干涉觀測，進(jìn)行太陽射電爆發(fā)與空間粒子流、光千米波輻射、日冕物質(zhì)拋射行星低頻噪聲和太陽系外天體的甚低頻觀測研究；⑥首次在月球上采用極紫外相機(jī)觀測太陽活動和地磁擾動對地球空間等離子層極紫外輻射的影響，研究該等離子層在空間天氣過程中的作用；⑦首次進(jìn)行月基光學(xué)天文觀測，研究太陽系外行星系統(tǒng)、星震和活動星系核。

難點(diǎn)變成亮點(diǎn)

與繞月探測相比，進(jìn)行落月探測難度更大。不過，嫦娥-3所克服的難點(diǎn)變成亮點(diǎn)，因為滄海橫流方顯英雄本色。

據(jù)專家透露，嫦娥-3升空后將與嫦娥-2一樣直接進(jìn)入月地轉(zhuǎn)移軌道，預(yù)計100多個小時后抵達(dá)月球軌道。它先繞月球轉(zhuǎn)幾圈“熱熱身”，做好各項準(zhǔn)備，在地面下達(dá)“落月”指令后，由15公里的近月點(diǎn)開始降落，用很短時間就能著陸月球表面。

因為月球是真空環(huán)境，軟著陸時不能使用降落傘，所以嫦娥-3只能是一邊降落，一邊用反推發(fā)動機(jī)把速度降下來。又由于月球表面凹凸不平，所以為了避開大石頭和大坑，在著月過程中找尋著陸點(diǎn)，在嫦娥-3降落距月面約100米時，它會像直升機(jī)一樣懸停一會兒，以智能選擇一塊比較平的地方，飛到著陸點(diǎn)高空再降下來，最后一直靠反推發(fā)動機(jī)慢慢下降。直到降到離月面4米高度時，要關(guān)閉發(fā)動機(jī)，以免揚(yáng)起月塵，污染相機(jī)鏡頭或影響其他設(shè)備工作。之后，嫦娥-3自由下降，最后靠著陸器的四個支架腿緩沖落在月面上。為緩減沖擊力，著陸器的每條支架腿都能吸收沖擊力，其每只腳都做了一個大“鞋墊”，讓它在月面上能滑一下。為此，有專家認(rèn)為，嫦娥-3面臨的最大難題是如何在月面上軟著陸。

嫦娥-3的著陸地點(diǎn)基本確定在月球虹灣地區(qū)，因為那里具備地形平坦、能源充足、通信暢通和軌控有效等特點(diǎn)，目前看來該地點(diǎn)是最佳著陸選擇。著陸器帶有敏感探測功能，將自動避開月面障礙，通過懸停實現(xiàn)軟著陸，落到哪里就對哪里進(jìn)行科學(xué)探測。月球車位于著陸器頂端，當(dāng)著陸器在月面實現(xiàn)軟著陸時，月球車通過自帶滑梯釋放并自行工作，在月球表面進(jìn)行行走，走到哪里探測到哪里。在月球車的桅桿上有兩對相機(jī)和一根定向天線，下面的白色機(jī)械臂則用于對月表成分進(jìn)行探測。它還會在月球表面采集一些樣品，進(jìn)行就位分析，然后將分析的結(jié)果、月面圖像及地質(zhì)地貌情況傳回地球。

另外，月球的一天約相當(dāng)于地球的27天，而且13天半是陽光普照的白天，13天半是寒冷的黑夜。白天太陽熱流照射時間長，最高溫達(dá)150攝氏度；月夜沒有太陽光照，溫度可下降至零下180攝氏度。低溫對嫦娥-3是個嚴(yán)峻考驗，因為很多設(shè)備的工作溫度都有嚴(yán)格限制，關(guān)鍵是冷的時候沒有太陽，這就意味著沒有電。此外，月球表面塵埃帶電，會給太陽電池、光學(xué)器件等帶來不利影響。這些問題是人造地球衛(wèi)星不曾遇到的。因此，葉培建院士表示，嫦娥-3任務(wù)要突破的技術(shù)很多，其中一個最大的難點(diǎn)就是解決月夜生存的問題，這需要突破很多技術(shù)，尤其是月面生存必用的熱控制技術(shù)，將通過多途徑保溫。嫦娥-3將首次采用核電源——同位素溫差電源與熱利用技術(shù)、先進(jìn)的熱控技術(shù)、低重力環(huán)境下機(jī)構(gòu)的重復(fù)展開與收攏、月塵環(huán)境下機(jī)構(gòu)的潤滑與密封等技術(shù)，確保探測器系統(tǒng)順利度過月夜。例如，到了晚上，原本展開的太陽翼就會折疊起來，像被子一樣蓋在月球車上。

2018年前后，我國還將突破采樣器、月地飛行技術(shù)和高精細(xì)月球樣品分析技術(shù)等，發(fā)射嫦娥-5月球采樣返回探測器，對月球進(jìn)行精查。其核心任務(wù)是實現(xiàn)月球樣品采集并自動返回地球，供科學(xué)家更深入地了解月球。

“嫦娥工程”使我國的月球科學(xué)、比較行星學(xué)、空間天文學(xué)等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得了較大進(jìn)展，提升了我國航天技術(shù)水平并促進(jìn)了眾多相關(guān)技術(shù)發(fā)展，為我國進(jìn)一步開展深空探測以及未來載人登月奠定了基礎(chǔ)。

另外，據(jù)《2011年中國的航天》白皮書透露，我國正在開展載人登月前期方案論證，已有中國科技專家建議我國在2025年或2030年進(jìn)行載人登月。

Box   月球車的種類

月球車一般分為兩類：一類是無人駕駛月球車，它由輪式底盤和儀器艙組成，載有多種科學(xué)探測設(shè)備，用太陽能電池和蓄電池聯(lián)合供電，其行駛是靠地面遙控指令，可在月面進(jìn)行巡視探測。我國的嫦娥-3、4以及前蘇聯(lián)的月行者-1、2月球車屬于這類，也可稱為月球機(jī)器人。另一類是有人駕駛月球車，主要作為交通工具用于擴(kuò)大航天員的活動范圍，減少體力消耗，可隨時存放航天員采集的巖石和土壤標(biāo)本。美國“阿波羅”載人登月飛船曾使用這種類似電瓶車的月球車。

軟著陸和月球車

在人類進(jìn)行月球與深空探測活動中，軟著陸探測是踏上另一個星球進(jìn)行實地科學(xué)探測的第一步。實現(xiàn)我國首次地外天體的軟著陸，能使我國掌握深空探測和空間科學(xué)領(lǐng)域的核心技術(shù),獲得月球及地月空間的科學(xué)數(shù)據(jù)，取得一批原創(chuàng)性的科學(xué)成果，催生一批邊緣和交叉學(xué)科的出現(xiàn)與發(fā)展；建立較為完備的月球探測工程系統(tǒng)和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，提升我國深空探測的系統(tǒng)集成能力，實現(xiàn)航天技術(shù)的跨越式發(fā)展；研制適應(yīng)復(fù)雜月面環(huán)境的新型探測器，帶動相關(guān)領(lǐng)域的自主創(chuàng)新，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展。

用嫦娥-3實現(xiàn)我國首次對地外天體的直接探測，要突破和掌握多項關(guān)鍵技術(shù)，例如，地月轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射技術(shù)、月球軟著陸技術(shù)、月面巡視技術(shù)、探測器間相互通信與遙操作技術(shù)和月夜生存技術(shù)等，這樣才能開展月球區(qū)域性的精細(xì)就位探測。在整個探測過程中，包括地月轉(zhuǎn)移＋環(huán)月＋軟著陸/巡視勘察幾個階段。

由于月球表面的熱工況和太陽照射等條件與地球不同，所以為保證著陸器的正常工作，必須研究以下內(nèi)容：月表軟著陸探測器總體設(shè)計技術(shù)；著陸軌道設(shè)計與控制；著陸過程動力學(xué)分析設(shè)計；著陸過程地面試驗技術(shù)。

月球軟著陸方式常采用先環(huán)月再著陸的飛行程序；緩沖可分為氣囊式和著陸機(jī)構(gòu)式兩類；通信保障的主要困難來自于巨大的距離擴(kuò)散損耗、長時間的延遲及低覆蓋率等問題，可采取提高星上測控通信設(shè)備的功率、提高天線增益和增加地面天線的尺寸等措施。

月表軟著陸主要可分為探測器接近月面、軟著陸發(fā)動機(jī)點(diǎn)火、著陸撞擊直至穩(wěn)定三個階段。由于月球表面沒有大氣層，因此無法借助氣動力來減速著陸，必須使用軟著陸發(fā)動機(jī)和著陸緩沖裝置。

著陸緩沖裝置可有花瓣式、桁架式和薄壁殼體式等幾種結(jié)構(gòu)形式。從工程技術(shù)實現(xiàn)的角度來看，月球軟著陸探測要攻克以下幾項關(guān)鍵技術(shù)：著陸軌道設(shè)計與制導(dǎo)、導(dǎo)航控制；著陸緩沖；月面探測的測控通信；月面工作的熱控與電源技術(shù)。月球表面自動巡視探測技術(shù)主要是通過月球車在月球表面自動行駛，利用車載有效載荷對月面進(jìn)行全景和近景攝影，對月表的化學(xué)成分進(jìn)行分析，并把所獲取的信息傳送回地面。由于月球表面環(huán)境惡劣，地形復(fù)雜多變，因此月球表面自動巡視探測技術(shù)包含很多關(guān)鍵技術(shù)，主要有月球車的總體設(shè)計、自主導(dǎo)航和運(yùn)動控制方法以及地面仿真實驗技術(shù)等。

月球車具有移動性、適應(yīng)性、自主性和功能性四個特點(diǎn)，一般包括移動子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)、導(dǎo)航與控制子系統(tǒng)、綜合電子子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)、熱控子系統(tǒng)、測控與數(shù)傳子系統(tǒng)、機(jī)械臂子系統(tǒng)和科學(xué)儀器子系統(tǒng)等9個子系統(tǒng)。其關(guān)鍵技術(shù)是：月球車總體方案設(shè)計與優(yōu)化；移動技術(shù)；定位、路徑規(guī)劃與控制技術(shù)；同位素溫差電源及其相關(guān)技術(shù)；新型熱控技術(shù)；測控通信技術(shù)；仿真與地面驗證技術(shù)。