全國政協(xié)委員、中國航天科技集團五院(以下簡稱五院)黨委書記趙小津日前透露,我國計劃今年實施嫦娥四號探月任務(wù),探測器將實現(xiàn)人類首次在月球背面軟著陸,開展原位和巡視探測。
“我們將在嫦娥四號任務(wù)的中繼星上搭載兩顆小衛(wèi)星,做射電干涉試驗,探測宇宙‘黑暗時代’。”全國政協(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。
這是中國探月工程又一次踏上征程,將書寫人類探索月球的新篇章。國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》預(yù)測2018年全球科技大事件,嫦娥四號任務(wù)“榜上有名”。
中繼衛(wèi)星關(guān)系任務(wù)成敗,45萬公里通信距離帶來難題
嫦娥四號任務(wù)將分兩次發(fā)射。趙小津說,我國計劃在上半年先往地月拉格朗日2點發(fā)射一顆中繼衛(wèi)星。中繼衛(wèi)星是實施嫦娥四號任務(wù)的前提,關(guān)系到整個任務(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。人類在地球上不僅從未見過月球背面,通信信號也會被阻隔。地月拉格朗日2點位于地球與月球的延長線上,距地面約45萬公里。趙小津說,在這個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,可以將嫦娥四號著陸器和巡視器獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)傳回地球,并通過中繼衛(wèi)星提供嫦娥四號軟著陸及月面工作期間的測控支持。
此前,我國為了滿足載人航天等任務(wù)的測控需求,發(fā)射了天鏈一號系列中繼衛(wèi)星,部署在距地面約3.6萬公里的地球同步軌道。嫦娥四號中繼衛(wèi)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。此前有航天專家指出,相比地面口徑可達數(shù)十米的天線,無論是中繼衛(wèi)星還是嫦娥四號探測器,天線的口徑都不可能太大,因而只能用窄波束天線實現(xiàn)較大容量的數(shù)據(jù)傳輸,這對天線的指向精度要求極高。
趙小津說,這顆中繼衛(wèi)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,時間非常緊張。經(jīng)過努力,五院科研團隊攻克了地月拉格朗日2點軌道設(shè)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(biāo)完全符合任務(wù)需求。
嫦娥四號晚上也能工作,“玉兔”悲劇不會再發(fā)生
中繼衛(wèi)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。不過趙小津表示,嫦娥四號的著陸方式、工作狀態(tài)跟嫦娥三號有很大區(qū)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(qū)域。趙小津說,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(fù)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300攝氏度以上。為了熬過寒冷漫長的月夜,嫦娥三號采取了休眠策略,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,等到太陽出來再自主喚醒。嫦娥四號的能源方式更進一步,憑借同位素溫差發(fā)電與熱電綜合利用技術(shù),不僅能安然度過月夜,還能開展一些測量工作。
2014年1月,嫦娥三號帶上月球的“玉兔”月球車出現(xiàn)異常,故障始終未能排除,讓千萬網(wǎng)友痛心不已。有了前車之鑒,科研團隊對嫦娥四號巡視器進行了改進,增加了可靠性。“我相信這次肯定不會出現(xiàn)同樣的問題?！壁w小津說。
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。航天專家龐之浩認為,對月球背面進行區(qū)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(diào)查月球地質(zhì)和資源情況等有重要作用;同時那里不受來自地球的無線電波干擾,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)定的太陽能;二是永久陰影區(qū),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年開始月球基地建設(shè),2030年實現(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,也寄托著千百年來國人的夢想。上世紀90年代,我國科學(xué)家開始努力將夢想變?yōu)楝F(xiàn)實。
2007年,我國發(fā)射嫦娥一號衛(wèi)星,拉開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(chǔ)上更進一步。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,嫦娥二號開展了拓展試驗,先探測了距地球150萬公里的日地拉格朗日2點,又飛到700萬公里之外,與圖塔蒂斯小行星擦身而過,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做橢圓軌道運行,預(yù)計會在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(yīng)該在2017年底由長征五號火箭發(fā)射,由于此前長征五號遙二火箭發(fā)射失敗,嫦娥五號任務(wù)也相應(yīng)推遲。
趙小津說,目前嫦娥五號處于存儲狀態(tài),發(fā)射時間還不能確定,要先等長征五號遙三、遙四火箭發(fā)射成功,確保火箭可靠性達到要求。如果一切順利,嫦娥五號任務(wù)有望2019年實施。
如果嫦娥五號任務(wù)取得成功,我國將用它的備份——嫦娥六號開展新的探索。有專家認為,如果嫦娥四號在月球背面發(fā)現(xiàn)了有價值的線索,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)開始了探月四期工程的規(guī)劃,希望國家能盡快立項。在四期工程中,希望能開展月球基地的建設(shè),先由智能機器人操作,不斷組裝擴大,為載人登月奠定基礎(chǔ)。未來,月球基地可以開展科學(xué)試驗,也可以作為深空探測的中轉(zhuǎn)站?！拔覀兿Ｍ?025年左右能開始月球基地的建設(shè),2030年左右實現(xiàn)載人登月。這樣的規(guī)劃也是對探月三期工程的延續(xù)。”他說。（記者 付毅飛）
