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嫦娥工程二、三期研究展望
（2007年12月18日 15:24:45）
來源︰《中國航天》 2007年第11期
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□作者: 紫 曉
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我國政府在決定實施嫦娥工程的時候，確定了“三步走”的發展思路，也就是說，整個工程分為三期，近期目標就是在2007年發射嫦娥1號衛星(簡稱一期工程)，中期目標就是2012年左右實施月球軟著陸探測和自動巡視勘察(簡稱二期工程)，遠期目標就是大約在2017年前後實施月球樣品自動采樣返回(簡稱三期工程)。
我們知道，月球軟著陸探測是一種親臨其境的探測方式，在探測深度和精度方面遠比用衛星環月探測要高得多，兩者數據又可互相補充、互相驗證。月球軟著陸探測與載人著陸探測相比，在技術難度、成本和風險上要低得多。因此，在人類對月球、行星及其衛星的探測中，軟著陸探測方式佔據了重要的地位。
國外軟著陸探測經歷了直接著陸、環繞後著陸、短時間工作、長時間工作、就位探測、巡視探測等多個發展階段。由于月球的軌道、重力場、大氣、表面地形地貌地質條件、溫度和光照條件等特點，使月球軟著陸探測具有很多技術難點，在技術上是不斷發展進步的。
就在嫦娥工程一期緊鑼密鼓實施的時候，我國航天專家就已經開始著手開展二、三期工程的方案論證和關鍵技術的預先研究工作，初步提出了相應的工程目標和科學目標，取得了大量的研究成果。
嫦娥工程工期任務及目標展望
根據國防科工委的計劃，我國初步定于在2012年左右發射嫦娥2號月球探測衛星，實施嫦娥工程二期。屆時，衛星將攜帶月球軟著陸器，在月球上軟著陸後，向月球釋放一台月面巡視探測器(月球車)，進行首次月球軟著陸和自動巡視勘測。通過這一工程的開展，試驗月球軟著陸技術，通過月面自動巡視探測器進行高分辨率攝影。獲取月面環境、月形、月岩的化學成分與物理性質等數據，供科學研究和為將來月球基地的選址提供數據。
1 嫦娥工程二期擔負什麼任務?
我國嫦娥工程二期既是一期工程的延伸與拓展，更是一期工程的深化與跨越。通過二期工程的開展，不僅可以獲得高精度的新的月球探測數據，增加我國科學工作者對月球的進一步了解，取得更加豐碩的月球探測技術成果，推動我國對月球科學研究的進一步深化，獲得一批自主創新的月球科研成果，而且可以使我國月球探測相關技術實現新的突破，使我國掌握開展深空探測所需要的一系列關鍵技術，建立起較為完整配套的深空探測工程體系，建立設計、生產、試驗系統和研究、應用體系，培養一支高素質的人才隊伍，為進一步的深空探測科學研究和航天活動奠定堅實的技術、物質和人才基礎，帶動相關產業發展並促進科學技術進步。因此。我國月球探測二期工程的開展，無論對于促進月球探測科學研究的深入還是促進深空探測技術的發展，都具有十分重要的科學和應用意義。
特別需要指出的是，我國通過月球探測二期工程的開展，將產生大量的技術創新成果，這些新技術不僅可以應用于其他航天工程。還可直接二次開發應用于其他民用領域，包括︰增強天文觀測能力︰提高我國自動化智能機器人水平；發展可應用于醫學、工業制造、國防工業的遙科學、人工智能和自主控制技術；促進微電子、微機械的發展。這些技術創新將促進我國工業技術創新和國民經濟發展，為建設創新型國家提供技術手段。
2 嫦娥工程二期的科學目標
我國月球探測工程首席科學家歐陽自遠在闡述月球探測二期工程科學目標的時候指出︰我國月球探測二期工程將是一期工程的跨越式發展，探測對象由“面”轉向區域性的“點、面、內部”一體化的綜合性探測，探測方式是月球軟著陸探測和月面巡視勘察。
據有關資料顯示，1959年至1974年。美國和前甦聯先後進行了16次不載人的月面軟著陸就位探測，其中成功實現月面軟著陸就位探測但不進行月面巡視探測的有7次(前甦聯兩次，即“月球”9號與13號；美國5次，即勘測者1號、3號、5號、6號與7號)︰前甦聯還成功實現了兩次不載人月球車月面巡視勘察(“月球”17號與21號)。前甦聯與美國的月球軟著陸與巡視勘察的科學目標可歸納為以下幾個方面︰著陸區近距離、高精度攝影，研究月面形貌和地質構造特征；月壤物質成分分析與月壤物理力學參數測定︰月球表面空間輻射環境探測︰月球軟著陸與月球車及相關關鍵探測技術的研究。
通過對美國與甦聯在這一階段進行月面軟著陸探測科學目標的分析，我國科學家認為，前甦聯和美國的月球軟著陸就位探測與月球車巡視勘察存在以下不足之處︰基本上是為月面軟著陸、月球車巡視勘察和取樣返回的純工程目標提供科學資料；月球軟著陸就位探測與月球車巡視勘察是各自獨立開展，二者沒有有機結合，因而月球車勘察的科學目標與軟著陸的探測目標十分雷同。
在綜合分析與總結美國與前甦聯月球軟著陸就位探測與月球車巡視勘察的科學目標、有效載荷配置、關鍵技術與研究成果的基礎上，進一步結合月球探測的發展趨勢與我國的科技能力，我國科學家建議月球軟著陸就位探測和月球車巡視勘察總體科學目標的優選原則為︰有限目標、重點突破、承前啟後，循序漸進、持續發展；科學上有創新，技術上有突破，探測上有特色，成果上力爭領先。
我國科學家認為。我國月球探測二期工程將通過對著陸區和巡視區的區域性精細探測，實現對月球的地形地貌、地質構造、物質成分、礦產與能源等資源、日一地一月空間環境與月基天文觀測等綜合科學探測任務。我國科學家在廣泛論證調研的基礎上，初步提出了二期實施“月球軟著陸就位探測和月球車巡視勘察”的四項總體科學目標︰
(1)月球形貌與地質構造調查
實施著陸區和巡視區月表形貌和地質構造調查，通過調查，獲得月表形貌、地質構造、月殼結構、撞擊坑和月壤厚度的數據，建立區域月貌與地質演化模式，深化月球探測一期工程的探測與研究成果。探測內容主要包括探測區的月表形貌探測與地質構造分析、探測區撞擊坑的調查與研究、探測區的月壤特性、厚度與月殼淺層結構探測等三個方面。
(2)月表物質成分和可利用資源調查
月球物質成分是了解月球演化歷史的關鍵。同地球科學一樣，月球科學最為基礎的工作是獲取月球的化學成分、礦物組成、岩石類型及其分布規律。月球蘊藏著豐富的礦產和能源資源，開發和利用月球資源是人力進行月球探測的源動力之一。探測內容主要包括探測區礦物組成與化學成分的就位分析和探測區礦產和能源資源調查等。
(3)月球內部的結構研究
月球內部結構是研究月球形成和演化歷史的基礎。探測月震和小天體引起的月震波可以反演月球的內部結構。月球軌道參數的精確測量是研究月球動力學的基本手段，通過月球動力學模型的研究可以了解月球的內部結構。探測內容主要包括月震與小天體撞擊的記錄與研究、月球軌道參數的精確測量與月球動力學研究等。
(4)日一地一月空間環境探測與月基天文觀測
日一地一月空間環境是影響人類生存與發展的重要因素。太陽耀斑和日冕物質拋射會釋放出巨大的能量和物質，制約著地球空間及月表環境。對人類健康和航天活動造成重要影響。在月球表面進行日一地一月空間環境探測和月基光學天文觀測，具有干擾小、無屏蔽、可長時間連續觀測等優勢。由于地球空間環境的影響，甚低頻段的探測一直在地面無法實現。月球表面是科學家開展甚低頻射電探測夢寐以求的場所。探測內容主要包括地球等離子層的極紫外探測與研究、日地空間和太陽系外天體的甚低頻干涉觀測與研究、太陽系外行星系統、星震和活動星系核的光學觀測與研究、月表空間環境探測與研究等。
我國月球探測首席科學家歐陽自遠院士認為，通過對這些目標的分析可以看到，我國科學家提出的科學目標具有如下的特點︰(1)選擇與以往不同區域著陸；(2)月面軟著陸就位探測與月球車巡視勘察二者同時進行並有機結合，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實測月壤厚度(1∼30米)和月殼岩石結構(1∼3公里)；(4)在國際上首次在軟著陸過程中利用激光反射器精確測定地月間距離，進行月球動力學研究；(5)首次在月球上采用極紫外相機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，研究等離子層在空間天氣過程中的作用；(7)在國際上首次進行月基光學天文觀測，研究太陽系外行星系統、星震和活動星系核。
3 嫦娥工程二期的應用目標
月球探測的應用目標是指月球探測產生的科學成果、探測數據和創新技術，應用于工程規定之外的領域，所產生的社會和經濟效益。
(1)月球探測是深空探測的起點，在現有人造地球衛星航天工程系統的基礎上構建的月球探測航天工程體系，將來可以應用于火星探測和其它深空探測任務。
(2)工程將產生大量科學數據，除了完成工程規定的科學目標研究外，還可以進一步開發和挖掘，產生更多的應用成果。月球探測產生的數據和科學成果，可以帶動相關學科的發展。
(3)月球蘊藏著大量的有用元素，具有巨大的開發應用前景；月表環境可用于試驗和生產地面環境中無法獲得的新材料、新器件和生物制品；月球表面環境非常適合于天文觀測和對地觀測。月球探測二期工程的實施將促進我國對月球資源、能源、空間環境的開發利用。
4 嫦娥工程二期擬攜帶的有效載荷
我國有關領域科學家認為，月球探測二期工程根據完成上述月球探測的科學目標，將攜帶20種左右的有效載荷。
軟著陸平台配置的有效載荷主要為︰全色攝像/照相機、激光反射器、粒子激發x射線譜儀、紅外光譜儀、光學天文望遠鏡、極紫外相機、月震儀、空間環境探測器、降落相機和機械臂等。
月球車配置的有效載荷為︰立體成像系統、測月雷達、粒子激發x射線譜儀、紅外光譜儀、質譜儀和機械臂等。
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文章作者:紫 曉
責任編輯:skylook
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