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中國探月工程大寫意
（2007年12月18日 15:25）
來源︰《中國航天》 2007年第11期
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1 長期孕育終結果
因為月球探測有技術、政治、科學、經濟等方面的重大意義，所以隨著我國經濟和技術的發展，綜合國力的提高，我國在開展人造地球衛星和載人航天之後與時俱進，于2004年適時啟動了以月球探測為起點的深空探測活動。
其實，早在1991年，我國航天專家就提出要開展月球探測工程。20世紀90年代中期，在美國提出重返月球，歐洲、俄羅斯、日本、印度等國家也相繼提出各自的月球探測計劃，世界上掀起第二輪探月熱潮時，我國曾組織相關專家對我國開展月球探測的必要性、可行性進行過初步的分析與論證，並認為我國已經有能力開展月球探測，可以用有限的資金發射一顆繞月探測衛星，並有一個簡易的月球探測方案。但由于當時對月球探測尚未提出一個完整的發展規劃。缺乏長期和有深度的科學探測目標，同時國家的經濟環境剛剛好轉，航天基礎還不像今天這樣扎實。只能做到簡單的環月飛行，對國家科技發展的貢獻有限，尤其是國家當時正在實施載人航天計劃，所以這一探月計劃未能啟動。
不過，我國的月球探測研究工作並沒有停止。1996年我國完成了探月衛星的技術方案研究，1998年國防科工委正式開始規劃論證月球探測工程，完成了衛星關鍵技術研究，以後又開展了深化論證工作，先後向相關主管部門提交了《中國月球探測發展戰略研究》和《月球資源探測衛星科學目標》等論證報告。
2000年8月，在國防科工委的組織下，由9位院士和總裝備部、航天科技集團、科技部、中科院和高等院校的專家組成的評審組，對中國科學院提出的“月球資源探測衛星的科學目標與有效載荷”進行了論證評審。研究表明，我國已經具備了拓展航天活動領域的基本條件和需求，開展以月球探測為起點的深空探測是必然的選擇。
2001年10月，我國月球探測計劃項目立項。從2002年起，國防科工委組織科學家和工程技術人員研究了月球探測工程的技術方案。2003年4月，國防科工委下達了月球探測工程關鍵技術攻關重大背景型號預研項目，月球探測工程進入工程立項前的攻關階段。與此同時，國家航天局宣布正式啟動月球探測工程的預先研究。
經過兩年多的努力，深化了科學目標及其實施途徑，落實了探月工程的技術方案，建立了全國大協作的工程體系，提出了立足我國現有能力的繞月探測工程方案。
2004年1月23日，國務院正式批準了月球探測工程一期——繞月探測工程立項。這是我國向深空探測邁出的第一步，對我國的政治、經濟和科技的發展具有重要的戰略意義。
2004年2月25日，經國務院批準，成立了繞月探測工程領導小組，由國家發改委、科技部、國防科工委、財政部、總裝備部、中國科學院和中國航天科技集團公司等單位組成，國防科工委主任張雲川任領導小組組長。領導小組下設繞月探測工程領導小組辦公室，作為領導小組的辦事機構。同日，繞月探測工程領導小組第一次會議召開，會議通過了《繞月探測工程研制總要求》，同時宣布︰中國繞月探測工程于當日起正式實施，並將繞月探測工程正式命名為“嫦娥工程”。
2007年8月，繞月探測工程完成了嫦娥1號衛星和長征3號甲運載火箭產品研制。通過了各項試驗考核驗證︰完成了發射場、測控、地面應用系統的建設；嫦娥1號衛星通過了出廠評審。經繞月探測工程領導小組批準，工程轉入發射實施階段。
2007年10月24日。嫦娥1號衛星在西昌衛星發射中心由長征3號甲火箭發射升空，開始了中國的首次月球之旅。
2 嫦娥太空三步走
我國的月球探測工程已被列為《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》16個重大專項之一。作為一項國家戰略性科技工程。月球探測工程將服從和服務于科教興國戰略和可持續發展戰略。以滿足科學、技術、政治、經濟和社會發展的綜合需求為目的，把推進科學技術進步的需求放在首位，力求發揮更大的作用。整個工程規劃貫徹“有所為、有所不為”的方針。選擇有限目標，突出重點，集中力量，力求在關鍵領域取得突破，持續發展，為深空探測活動奠定堅實的基礎。我國月球探測工程的“三步走”很好地體現了這個原則。
通過探月工程的實施，將突破無人月球探測的主要關鍵技術，實現對月球的環繞、著陸、巡視探測和采樣返回，形成探測器、深空測控網和運載火箭等一系列功能單元和自主創新的月球科研成果，具備開展無人月球探測的基本能力；初步建立我國深空探測的科學、技術和工程體系及創新團隊。為空間科學研究和深空探測的可持續發展奠定基礎。
依據分步實施、不斷跨越的原則，經過10年醞釀，作為國家重大科技專項的探月工程決定分為“繞、落、回”三個發展階段，在2020年前後完成。
第一階段為“繞”，即自2004∼2007年實施嫦娥1號繞月探測工程，發射我國第一顆繞月探測衛星，突破至地外天體的飛行技術，實現首次繞月飛行。這一階段充分利用我國現有成熟的航天技術，研究和發射繞月探測衛星。突破地月飛行、遠距離測控和通信、繞月飛行、月球遙測與分析等技術，並建立我國月球探測航天工程初步系統。
第二階段為“落”，即自2007∼2012年研制和發射月球軟著陸器，並攜帶月球巡視勘察器(俗稱月球車)，在著陸器落區附近進行就位探測。這一階段將主要突破在地外天體上實施軟著陸技術和自動巡視勘測技術。具體方案是用安全降落在月面上的巡視車、自動機器人探測著陸區岩石與礦物成分，測定著陸點的熱流和周圍環境，進行高分辨率攝影和月岩的現場探測或采樣分析，為以後建立月球基地的選址提供月面的化學和物理參數。預計于2012年前後發射一顆月球軟著陸器。
第三階段為“回”，即自2012∼2020年發射月球采樣返回器。軟著陸在月球表面特定區域，並進行分析采樣，然後將月球樣品帶回地球。在地面上對樣品進行詳細研究。這一步將主要突破返回器自地外天體自動返回地球的技術。其中前期主要是研制和發射新型軟著陸月球巡視車，對著陸區進行巡視勘察，後期即2015年以後，研制和發射小型采樣返回艙、月表鑽岩機、月表采樣器、機器人操作臂等，采集關鍵性樣品返回地球，對著陸區進行考察，為下一步載人登月探測，建立月球前哨站的選址提供數據資料。預計2017年前後發射一顆可以返回的月球軟著陸器。
“嫦娥工程”既參考了以往國際探月活動的經驗，又具有我們自己的特色，始終圍繞推動我國高新技術領域“原始創新、集成創新和引進消化吸收再創新”的目標制訂計劃並組織實施。在航天科技方面，“嫦娥工程”將逐步實現多項重大突破，首次到達地外天體，首次著陸在地外星球上，首次從地外星球拿回樣本。這些技術的突破將推進航天工程系統集成、深空測控通信、新型運載火箭和航天發射等航天技術跨越式發展，帶動信息技術、新能源技術、新材料技術、微機電技術、遙測科學等其它高新技術的發展。在空間科學方面，通過首次對地球以外的星體和空間環境進行近距離和接觸式探測，將使我們對于空間科學的認識大大深化，為我國的天體物理學、空間物理學與材料科學的研究建立新的平台，促進這些學科的創新和發展，並帶動更多基礎學科間的交叉、滲透與共同發展。
該工程能促進我國經濟的可持續發展。近些年來我國經濟高速發展，一定程度上是以高能耗、高污染為代價的，月球探測工程對高新科技的帶動在不久的將來必然會回饋于經濟，而以高新技術為動力的經濟是低能耗、低污染、高效率的，符合可持續發展的方向。
沒有科學技術實力，就沒有資格參加真正意義的航天國際合作。我國探月工程起點高、有特色、有創新，具有很強的科學性、探索性、開放性的特點，為開展航天國際合作搭建了新的平台。在世界掀起新一輪月球探測高潮之際，探月的跨國界合作與交流成為科學界的主流聲音，也為我國在這一領域開展國際合作提供了廣闊的空間。我國將積極探索“廣泛合作”的月球探測道路，開展多層次、多渠道的國際合作，加快我國空間科學和空間技術的發展。
3 燒月深測拉開序幕
作為完全自主創新的繞月探測工程是我國在深空探測領域首次開展的重大科技工程，它有利于提高綜合國力，增強民族凝聚力；有利于促進基礎科學的創新和發展，帶動其他高新技術進一步飛躍；有利于在外空事務和未來開發月球中維護國家利益；為深空探測的向前發展奠定技術基礎。
繞月探測工程的實施，標志著中國航天向深空探測進發的開始。嫦娥1號與人造地球衛星不同，它將創造中國航天器史上多個第一的記錄︰第一個進入月球軌道的航天器；第一次在飛行中能實現9次以上變軌的航天器︰第一次使用紫外敏感器進行姿態確定的航天器和第一次實現遠程測控通信的航天器等。
(1)五大系統缺一不可
嫦娥1號繞月探測工程由衛星、運載火箭、發射場、測控和地面應用等五大系統組成，歷經方案、初樣、正樣和發射實施四個階段，各系統承擔工程具體研制任務。方案階段，完成了工程組織體系建設和工程大總體協調，制定了工程管理要求和研制任務書，組織了關鍵技術攻關。初樣研制階段，全面開展了初樣研制與試驗，完成了系統間接口協調和技術攻關，完成了電性星與結構/熱控星研制，對關鍵項目進行了復核運算。正樣研制階段，完成了嫦娥1號正樣星總裝、測試和試驗，完成了長征3號甲火箭的總裝、測試，完成了測控、發射場和地面應用系統地面設備的研制和系統建設。
繞月衛星由中國空間技術研究院負責研制，被命名為嫦娥1號，總重量2350千克，設計壽命1年，將運行在距月球表面200千米的圓形極軌道上。嫦娥1號由結構分系統，熱控分系統，制導、導航與控制分系統，推進分系統，數據管理分系統，測控數傳分系統，定向天線分系統和有效載荷等9個分系統組成。根據我國探月衛星工程的四大科學目標，在嫦娥1號上搭載了8種科學探測儀器，重140千克，即微波探測儀系統、r射線譜儀、x射線譜儀、激光高度計、太陽高能粒子探測器、太陽風離子探測器、CCD立體相機、干涉成像光譜儀。
運載火箭由中國運載火箭技術研究院負責研制，選用長征3號甲，其運載能力為2600千克，已有14次全勝發射記錄，成功率100％；
發射場系統選用西昌衛星發射中心，並對發射工位進行了一系列改建；
測控系統以我國現有的三頻段航天測控網為主，輔以甚長基線干涉天文測量系統組成；
地面應用系統由國家天文台負責研制和建設，由繞月探測衛星運行管理中心、數據接收中心及科學數據處理和研究中心組成，月球探測的最終科學成果就是從這里產生的。(2)五大工程目標嫦娥1號繞月探測工程有五大工程目標︰
一是研制和發射我國第一顆繞月探測衛星︰
二是初步掌握繞月探測基本技術；
三是首次開展月球科學探測︰
四是初步構建月球探測航天工程系統︰
五是為月球探測後續工程積累經驗。
為此。要突破繞月探測衛星的關鍵技術︰初步建立中國的深空探測工程大系統；驗證有效載荷、數據解譯等各項關鍵技術；初步建立中國深空探測技術研制體系；培養相應的人才隊伍。
(3)四大科學目標
嫦娥1號繞月探測工程的四大科學目標如下︰
一是獲取月球表面三維立體影像，從而劃分月球表面的基本地貌和構造單元，初步編制月球地質與構造綱要圖，為後續優選軟著陸提供參考依據。獲取全月面三維影像，則對于更好地了解月球的地質構造和演化歷史有著重要的意義。我國將爭取比國外已有的此類圖像做得更完整、更精細。
二是分析月球表面有用元素含量和物質類型的分布特點，即對月球表面有用元素進行探測，初步編制各元素的月面分布圖。嫦娥1號主要是探測月球表面有開發利用價值的鈦、鐵等14種元素的含量和分布。美國已經做了5種有用元素的全球性分布與含量。我國將探測月球表面14種可能有開發利用前景的重要元素的分布特點和規律。
三是探測月壤特性。我國將首次開展月球表面的微波輻射探測，獲取月壤厚度的全月分布特征。研究月表年齡及演化，估算月壤中氦3的分布和資源量。目前月球上已知礦物有100多種，其中有5種連地球上也沒有。尤其是氦3，它是一種安全高效、清潔無污染的新型核聚變燃料，可改變人類社會的能源結構，但在地球上十分罕見。每100噸的氦3原料足可以解決全世界1年的電力供應，而據估算，月球上的氦3儲量有100萬噸，可以滿足人類1萬年以上的供電需求。每l克黃金價值11美元。而每1克氦3是400美元。月球潛在的礦產資源和能源的開發利用前景，已成為各個主要航天國家組織重返月球或月球探測最主要的動力。
四是探測地月空間環境。將記錄原始太陽風數據，研究太陽活動對地月空間環境的影響。
上述中的前3項國外未曾進行過或剛開始進行。第4項為我國首次在地球靜止軌道以外獲取空間環境數據。
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