全國政協(xié)委員、中國航天科技集團五院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)五院)黨委書(shū)記趙小津日前透露,我國計劃今年實(shí)施嫦娥四號探月任務(wù),探測器將實(shí)現人類(lèi)首次在月球背面軟著(zhù)陸,開(kāi)展原位和巡視探測。
“我們將在嫦娥四號任務(wù)的中繼星上搭載兩顆小衛星,做射電干涉試驗,探測宇宙‘黑暗時(shí)代’?！比珖f(xié)委員、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員吳季3月2日說(shuō)。
這是中國探月工程又一次踏上征程,將書(shū)寫(xiě)人類(lèi)探索月球的新篇章。國際權威學(xué)術(shù)期刊《自然》預測2018年全球科技大事件,嫦娥四號任務(wù)“榜上有名”。
中繼衛星關(guān)系任務(wù)成敗,45萬(wàn)公里通信距離帶來(lái)難題
嫦娥四號任務(wù)將分兩次發(fā)射。趙小津說(shuō),我國計劃在上半年先往地月拉格朗日2點(diǎn)發(fā)射一顆中繼衛星。中繼衛星是實(shí)施嫦娥四號任務(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,月球只能永遠以同一面朝向地球。人類(lèi)在地球上不僅從未見(jiàn)過(guò)月球背面,通信信號也會(huì )被阻隔。地月拉格朗日2點(diǎn)位于地球與月球的延長(cháng)線(xiàn)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星,既能“看到”月球背面,也能“看到”地球,可以將嫦娥四號著(zhù)陸器和巡視器獲取的科學(xué)數據傳回地球,并通過(guò)中繼衛星提供嫦娥四號軟著(zhù)陸及月面工作期間的測控支持。
此前,我國為了滿(mǎn)足載人航天等任務(wù)的測控需求,發(fā)射了天鏈一號系列中繼衛星,部署在距地面約3.6萬(wàn)公里的地球同步軌道。嫦娥四號中繼衛星的用途和技術(shù)途徑與之相似,軌道距離卻遠了十多倍,技術(shù)難題隨之而來(lái)。此前有航天專(zhuān)家指出,相比地面口徑可達數十米的天線(xiàn),無(wú)論是中繼衛星還是嫦娥四號探測器,天線(xiàn)的口徑都不可能太大,因而只能用窄波束天線(xiàn)實(shí)現較大容量的數據傳輸,這對天線(xiàn)的指向精度要求極高。
趙小津說(shuō),這顆中繼衛星的研制是在嫦娥四號任務(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,五院科研團隊攻克了地月拉格朗日2點(diǎn)軌道設計與控制、遠距離中繼通信等關(guān)鍵技術(shù),如期完成了研制任務(wù),產(chǎn)品各項指標完全符合任務(wù)需求。
嫦娥四號晚上也能工作,“玉兔”悲劇不會(huì )再發(fā)生
中繼衛星完成在軌測試后,我國計劃在下半年發(fā)射嫦娥四號,讓它降落在月球南極附近的艾特肯盆地。
嫦娥四號本是嫦娥三號的備份。不過(guò)趙小津表示,嫦娥四號的著(zhù)陸方式、工作狀態(tài)跟嫦娥三號有很大區別,性能上也有很大提升。
2013年12月,嫦娥三號成功降落在月球正面雨海北部區域。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平整。月球背面的地形則更為復雜,隕石坑更多,地勢更陡峭。因此嫦娥四號不能像嫦娥三號那樣以弧形軌跡緩慢著(zhù)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”大約相當于地球上的28天,晝、夜各占一半,溫差可達300攝氏度以上。為了熬過(guò)寒冷漫長(cháng)的月夜,嫦娥三號采取了休眠策略,借助放射性同位素熱源加兩相流體回路技術(shù)維持體溫,滿(mǎn)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(kāi)展一些測量工作。
2014年1月,嫦娥三號帶上月球的“玉兔”月球車(chē)出現異常,故障始終未能排除,讓千萬(wàn)網(wǎng)友痛心不已。有了前車(chē)之鑒,科研團隊對嫦娥四號巡視器進(jìn)行了改進(jìn),增加了可靠性?！拔蚁嘈胚@次肯定不會(huì )出現同樣的問(wèn)題?！壁w小津說(shuō)。
相比嫦娥三號任務(wù),嫦娥四號將更深層次、更全面地科學(xué)探測月球地質(zhì)、資源等信息,完善月球的檔案資料。航天專(zhuān)家龐之浩認為,對月球背面進(jìn)行區域性詳查和精查十分重要。深入了解月球背面,對研究月球的起源和演變、調查月球地質(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(xiàn)電波干擾,是建造科研基地的理想圣地。
尤其是月球兩極,探測意義更為重大。記者了解到,月球兩極有兩種特殊區域:一是永久光照區,可以獲得持續穩定的太陽(yáng)能;二是永久陰影區,可能存在大量水冰。龐之浩認為,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。因為水能用于航天員的生活,還能分解成氫和氧作為飛船燃料。他表示,開(kāi)展月球背面和兩極的探測,有望獲得一批重大原創(chuàng )性科研成果。
“希望2025年開(kāi)始月球基地建設,2030年實(shí)現載人登月”
月球,是人類(lèi)邁向深空的第一站;嫦娥奔月的故事,也寄托著(zhù)千百年來(lái)國人的夢(mèng)想。上世紀90年代,我國科學(xué)家開(kāi)始努力將夢(mèng)想變?yōu)楝F實(shí)。
2007年,我國發(fā)射嫦娥一號衛星,拉開(kāi)了中國人探索月球的序幕。嫦娥一號在距月面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,在嫦娥一號基礎上更進(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,嫦娥二號開(kāi)展了拓展試驗,先探測了距地球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,驗證我國的測控通信能力。如今嫦娥二號正圍繞太陽(yáng)做橢圓軌道運行,預計會(huì )在2020年前后回到地球附近。
在我國探月工程三步走計劃中,“繞、落”任務(wù)已經(jīng)完成,下一步將發(fā)射嫦娥五號探測器,從月球采集2公斤月壤帶回地球。按照原本的計劃,嫦娥五號應該在2017年底由長(cháng)征五號火箭發(fā)射,由于此前長(cháng)征五號遙二火箭發(fā)射失敗,嫦娥五號任務(wù)也相應推遲。
趙小津說(shuō),目前嫦娥五號處于存儲狀態(tài),發(fā)射時(shí)間還不能確定,要先等長(cháng)征五號遙三、遙四火箭發(fā)射成功,確?；鸺煽啃赃_到要求。如果一切順利,嫦娥五號任務(wù)有望2019年實(shí)施。
如果嫦娥五號任務(wù)取得成功,我國將用它的備份——嫦娥六號開(kāi)展新的探索。有專(zhuān)家認為,如果嫦娥四號在月球背面發(fā)現了有價(jià)值的線(xiàn)索,可以讓嫦娥六號去月球背面采樣返回。
趙小津介紹,目前科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始了探月四期工程的規劃,希望國家能盡快立項。在四期工程中,希望能開(kāi)展月球基地的建設,先由智能機器人操作,不斷組裝擴大,為載人登月奠定基礎。未來(lái),月球基地可以開(kāi)展科學(xué)試驗,也可以作為深空探測的中轉站?！拔覀兿Ｍ?025年左右能開(kāi)始月球基地的建設,2030年左右實(shí)現載人登月。這樣的規劃也是對探月三期工程的延續?！彼f(shuō)。（記者 付毅飛）
