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      新華訪談:中國探月工程首席科學家歐陽自遠解讀“嫦娥三號”任務

      發布時間:2013-12-02    信息來源: 新華網

        
             月球到底是什么樣子的?人類為什么要登陸月球?中國繞月探測工程首任首席科學家、中國科學院院士、發展中國家科學院院士、國際宇航科學院院士歐陽自遠做客《新華訪談》,解答廣大網友和青少年朋友關心、關注的問題。

        [新華訪談]我們都很好奇月球到底是一個什么樣的世界?

        [歐陽自遠]月球是我們地球唯一的一個衛星,也是我們地球最近的近鄰。月球一直伴隨著地球渡過了45億多年的荒蕪的日子。我們每天都能看到月球,對于一般的公眾來說,因為月球代表著什么呢?它代表著人們寄托的各種理想、感情。特別是月球在我們中國人心目中代表著很溫馨、團圓、美好的一種愿望。所以不知道有多少詩詞歌賦來贊美月球。月球應該說對我們的地球的人類發揮過很大作用,特別是我們的農歷就是根據月球月相的變化,從彎彎的新月到滿月再到殘月整個一個輪回,我們把它定為一個月,一年有12個月,每個月有兩個節氣,農歷對于古代的農耕社會發展發揮了很大作用。月球看起來挺小的,實際上它的表面積有3800萬平方公里,恰好等于中華人民共和國版圖的4倍。月球表面上看它有幾塊黑斑,我們古人想象是廣寒宮、桂花樹,玉兔等等。從1609 年望遠鏡發明以來,人們可以用望遠鏡看這幾塊黑斑,認為是遼闊的海洋。其實這不是海洋,月球上一滴水都沒有,而是小天體撞擊月球砸出的大盆地,深部的巖漿上升形成火山噴發,填平了盆地,形成廣闊的平原。因為火山熔巖是玄武巖,比較黑,所以看起來是大黑斑。

        我們在地球上看到的月亮永遠是半個月亮,從來沒有見過另外的一半,因為在地球上你每天看到的月亮都一樣,你沒有看過另外一半,因為你站在地球上絕對看不到那一半月亮,為什么呢?因為月亮自轉一周的時間是一個月左右,它繞著地球轉一圈也是一個月,所以你站在地球上永遠看不到那一半。月球表面是真空狀態,沒有大氣活動,沒有風雪雨霜的氣候變化。 因為是真空,所以沒有聲音的傳導,所以月亮上沒有任何聲響,也沒有溫度的傳導,這就導致一個什么結果呢?就是照到太陽的地方溫度特別高,高到100多度,石頭的影子照不到太陽,零下100多度,溫差特別大,月球的日夜溫差接近300度,所以月球表面的環境是極其嚴酷的。月球一天相當于在地球上接近一個月長,白天半個月,晚上半個月。所以月亮上一天等于地球上一個月長。月球表面一滴水也沒有,而且月亮上面被砸得坑坑洼洼,很多坑,這些都是小天體撞在月球上撞的,所以月球上的環境完全不適合于人類生存。但是月球上有非常豐富的資源和能源,所以人們對于月球,再加上它距離我們地球最近,所以都期望對它能有更多的了解。特別是我們這個國家素來就有嫦娥奔月的夢想,所以我們中國人去探測月球也是實現我們民族千年以來的一個夢想,嫦娥奔月的夢想,我們逐步來實現這個夢想。


        [新華訪談]"嫦娥三號"12月就要發射了,那這次任務與之前的"嫦娥一號"、"嫦娥二號"任務相比有哪些不同?

        [歐陽自遠]我們制定了一個中國月球探測的長遠規劃。這個規劃里面建議中國月球探測應該是穩扎穩打,要有很多創新,既要繼承已有的成果,又要結合中國的實際,是中國人對世界作出更多的貢獻。所以我們制定了三大步的設想:第一步是無人月球探測。第二步,要把中國航天員送上月球,叫載人登月。第三,開發利用月球的資源能源,建設月球基地。這是一個很長遠的規劃,因此,我們必須踏踏實實的從第一步做起。第一步是無人探測月球,因為我們中國人從來沒有離開過地球,雖然我們發射了100多顆衛星,也有神舟號,但是我們所有的載人航天和衛星都沒有離開月球,因為它們全部繞著地球,完全被地球所束縛,我們沒有能力到達另外一個天體。俄羅斯的火箭之父奇奧爾柯夫斯基說,人類是生活在地球上,人類終將離開我們的搖籃——地球。但是我們中國人還沒有離開自己的搖籃,我們現在要離開自己的搖籃,踏出自己的門檻,我們再進一步去訪問我們的鄰居,去看整個大世界,我們要一步一步走。所以第一步是很艱難的,但是必須全面整體的去了解月球,所以我們發射了嫦娥一號。嫦娥一號是一個月球衛星,繞著月亮轉。我們有一個要求,凡是別人干過的事,中國也必須要干的,就要比別人做得好。另外,總得有一兩樣是別人從來沒有干過的,那時候人家限于歷史條件、限于技術的發展可能做不到,但是我們現在有條件做了,中國人第一次去,要把這些能做的做了。所以嫦娥一號探測全月球土壤的厚度,換算出多少氦3來,這是以前別人沒有干過的,中國人做出來了,你作出的這張圖就一定是全世界最好的,我們還做了月球表面成分分析等等。

        嫦娥二號是嫦娥一號的備份,就是萬一嫦娥一號失敗了,嫦娥二號替補上去?,F在嫦娥一號任務完成的特別圓滿,嫦娥二號就沒必要了,那得更換它的使命,我們設計嫦娥三號著陸在月球上,那嫦娥二號你先給我轉一圈,先是模仿著嫦娥三號一些關鍵的技術,我們心里沒把握的,你嫦娥二號先去表演一番。我們嫦娥一號走了13天14個小時才到月亮,我們小心謹慎。嫦娥二號4天半直通月亮,嫦娥二號就是承擔這種角色。嫦娥三號要降落虹灣地區,那個地方我們雖然做了圖,但是不精細,降落的地方哪兒有一個大石頭、哪兒有一個大坑,都得有高分辨率的照片,這樣好安排嫦娥三號降落地點。這時,嫦娥二號要做一件事,要做一個一米分辨率的地圖出來,嫦娥二號又完成了。我們祝福它以后能夠走得更好。嫦娥二號任務完成非常好,為嫦娥三號作了準備。嫦娥三號是我們無人探月的第二步。既然一號是全面了解,那三號就要落在一個地方,仔細去了解當地的情況,它探測不了多大范圍,還沒有北京市海淀區大。一個著陸器只能在那兒不能動,一個月球車再走也走不了多遠,所以我們叫局部的精細探測,這是嫦娥三號的任務。這三步做完了,完全把中國的航天員送上月球開展科學探測,完成任務以后還要安全返回地球,所以才跟第二大步結合起來。所以嫦娥三號是一件很關鍵的事情。嫦娥三號有兩個探測器,一個是月球車,一個是著陸器。月球車是包在著陸器里頭一塊到月亮上降下去的。我們將來嫦娥三號上的著陸器要做的工作是就位探測,就在它著陸的那個位置來探測。月球車是巡視探測,它一邊走一邊干活。這兩個的結合,世界上要么是單個著陸器,要么是單個月球車,現在我們把這兩個結合起來,共同聯合探測,這大概是嫦娥三號的一個特點。

        [新華訪談]是不是也可以理解成月球車和著陸器結合完成任務也是嫦娥三號比較獨特的地方?

        [歐陽自遠]對。嫦娥三號在科學上要干幾個活,但是一定要有幾件事情是世界上別人沒有做過的。我們當時定下來的:一是充分利用嫦娥三號就位和巡視的特色,我們制定了一個特殊的科學目標:叫“觀天,看地、探月”。第一,觀天,用月基天文望遠鏡觀測天文;第二,看地,用月基極紫外照相機監測地球等離子體層的密度與結構變化。第三,探月,月球車下安裝了一臺雷達,探測月球次表層的結構。日、地、月的一些重大問題我得想做?!∷赃@里就很復雜了。最后的安排是怎樣的呢?我們在著陸器上有很多照相機,什么立體照相機以及各種各樣環境的照相機,這是正常的工作。但是我們在著陸器上有兩樣東西特別特殊:一個是我們放了一臺近紫外月基天文望遠鏡在著陸器上,科學家夢寐以求希望在月亮上看天文,為什么?因為月亮是真空,沒有任何污染,不像在地球上看,地球上有很多污染,而且要做很多校正,比如大氣層和電離層校正等,所以觀測的效果遠遠不如在月球上。而且在月球上觀測又可以長時間觀測,所以它有特殊的優勢,這是世界上第一次用月基天文望遠鏡觀測,世界上沒有干過,我知道許多國家陸續也都要做了,我們第一個。二是監視地球。在月球上觀測到的地球是半個地球,不像衛星,衛星分辨率比我們高多了,但是它是一條一條線的轉圈跑,該需要看的地方也許一兩天以后才能到,所以不一定能夠實時的觀測到。我們放了一臺極紫外的望遠鏡或者照相機,我們要觀測地球的等離子體層的密度、結構的變化,它反映了地球空間大范圍的環境變化,這也是世界上第一次做的。所以我們對著陸器是非常贊賞的。它要干兩件事情是別人都沒有干過的,我們希望著陸器能夠獲得一些新的觀測成果,對科學、對技術作出新的貢獻。月球車上也有很多照相機,一邊走都拍下來,組成圖象,我們知道它到哪兒了,怎么個走法。這個月球車我們中國最高智能機器人。為什么呢?集中了機器人的很多優勢。比如說它完全自主導航。在月亮上它可以根據照相機拍到的四周情況,他自己可以決定我該走哪條路、怎么走,另外自主避障,前面有大石頭擋住了,過不去了,它自己知道怎么避開這個障礙,拐個彎過去。還有就是自動上坡下坡,能夠走它就走,走不過去就繞著走,它挺聰明的。

        另外它指揮它身上的儀器,到了一個地方它停下來,停下來以后指揮身上的儀器來探測月球。在月球車上有一臺測土壤成分的儀器,叫粒子激發X射線譜儀,還有一臺儀器測定月球土壤的各種礦物組成,我們叫紅外光譜議,全部探測數據月球車直接發回地球。我們在月球車的底下裝了一臺雷達,雷達是可以探測深度的,因為它一邊走一邊看,停停走走,走走停停,它是這么干活的。放了一臺雷達,可以主動發射雷達波來探測底部,要探月亮這層土壤,大概二三十米厚的土壤的厚度、結構的變化,一邊走就等于把底下切開一刀看里面,這個土壤有哪幾層,土壤里有沒有大石頭塊還是什么結構,同時還可以測地下100米深次表層的結構,這是世界上別人沒有干過的。所以它等于一邊走一邊干活,一邊走一邊切開看地下,把所有的結果告訴人類。這也是嫦娥三號在科學上的亮點,它是很有意義的??傊隙鹑柨偟哪繕耸菍χ憛^的局部進行精細探測當然從技術上來說,還有很多困難,因為這是我們中國第一次軟著陸在另外一個天體上,這里面的過程很艱難。第一月球車是被鎖在著陸器里頭的,開始是一塊兒降落在月球上的。這要經歷幾個關卡:第一,從地球上飛過去要被月球抓住,跑得太快飛跑了,跑得太慢撞上去了,所以一定要恰到好處。速度、距離剛好飛到月亮邊,被月亮給抓住,不讓你飛了,這就變成月亮的衛星了。第二,要安全著陸。在月球上不能像嫦娥一號那樣硬著陸,這樣不行,要軟著陸,軟著陸遇到的最大困難是什么呢?月亮上沒有空氣,因為在真空里降落傘毫無作用,所以必須把它調整到是很低的一個位置上,朝著目標降落,越降落下降速度越快,這樣越來越塊,到了月球表面就砸碎了,所以一定要想辦法,又不能用降落傘,那只能有一個辦法,就是在著陸器下方安裝幾臺發動機,把整個著陸器往上推,這樣就可以慢慢降落,別那么快掉下來,這個得掌握好,不能最后把它推回去了。到底降落在哪個具體位置也挺難的,因為那個時候得臨時作出判斷來,它大概飛到離月球表面100米高的時候,著陸器是智能的,它底下安排了很多相機,拍了照片趕快反饋給它,比如下面有個大坑,你得挪個地方,它自己就會平移,挪來挪去到照相機告訴它地面平了,你可以降了。那100米降下去也不行,也要砸碎,所以它往下降,你得往上推,慢慢降,降到離月面4米高,它就停在那兒,然后把底下的發動機關掉,那個時候掉下來就是安全的。著陸器掉下來以后,得把太陽能電池板打開接收能源,所以一定是白天降下去,有時間可以從容的把里面的儀器測試,全部調試后,就可以開始工作了。著陸器是安裝了各種照相機,另外還安裝有兩臺在月球探測歷史上前人沒有使用過的科學儀器,一臺是近紫外月基天文望遠鏡,觀測天文;另外一臺是極紫外照相機,探測地球等離子體層的密度與結構變化,了解地球空間環境變化。

        月球車是鎖在著陸器里面的,等著陸器全部準備好了,打開鎖,攤出一個舷梯讓它走下來,走到月面上,走到月面上以后它還不能干活,為什么?沒有能源。所以它必須打開翅膀,接收太陽能,有了電源以后它開動和調試每一臺儀器,它要了解好自己的工作狀態。比如說它一邊走,前面都有相機,有全景相機等各種各樣的相機,周圍360度都可以拍下來的。它要先調整好,把參數都弄準了。月球車上還有兩臺儀器,是測定月球土壤化學成分和礦物組成的,在月球車的底部安裝有一臺雷達,探測月壤層的厚度和結構,以及100米深月球次表層的結構。月球車根據周圍拍到的情況選擇它自己的路線開始工作。所以這個過程來說也挺有意思的,它們兩個就互相配合起來。我們的月球車可以拍著陸器的照片,著陸器可以拍它的照片,互拍,知道你走哪兒去了,相互聯動起來。但是它們發回來的信息,著陸器和月球車都各自具備能力向地球發送全部探測的科學數據,這樣就工作下去了。另外還有一個技術難關就是如何過夜,月球的晚上是漆黑的,極其寒冷的,寒冷到什么程度?零下150度到180度。連儀器都承受不了,所有儀器都得凍壞掉。那這樣是不行的,因為第二天還得干活。所以到了晚上,月球車和著陸器都得冬眠,趴在那兒不干活。但是里面得保溫,不保溫的話,儀器都得凍壞。所以也選擇了各種電池,可以充電,用蓄電池,但是堅持不了半個月。用現在各種各樣所謂的電池都不行,后來論證下來只有一種電池,用原子能電池,用核電池,這樣我們又得去研制核電池。為什么核電池可以呢?因為它不受外界的影響,可以持續的通過溫差電池的辦法,使儀器箱里的溫度升高,升到多少呢?零下40度以上,所有的儀器都能耐受這種溫度。保持這種溫度一直得半個月的時間,天亮了,它自己就知道該起床了,該干活了,繼續干活。到了晚上又停下來,又自己保護自己。就是這樣持續的,著陸器也是這樣的。

        [新華訪談]這次嫦娥三號把月球車和著陸器落地月球以后,他們可以返回地球嗎?

        [歐陽自遠]我們現在沒有能力也沒有安排讓它返回地球,要把一個月球車返回地球是很艱難的,另外,它的科學價值和意義也不是很大,但是我們有返回地球的計劃,那不是月球車,而是“嫦娥五號”。“嫦娥五號”的任務是要降落在月球上,用一個鏟子把周圍的土壤鏟出樣品來放置到返回艙里。第二,它要在月球上自動打鉆,全靠自己指揮自己,打出來的土壤和巖石的巖心樣品原封不動的裝到返回艙里,整個工作都是它自動操作的,而且不能搞亂了。因為在月球上裝好了以后,發射時會很大的加速度,就會把里面的東西搞亂了,所以必須要保持它的原結構、原特點。“嫦娥五號”就是把所有的樣品都裝好了,它還有一套裝置,在月球自動起飛,起飛以后進入到月球的上空,然后環繞月球飛行,但是它自己沒有那么大的能量把自己送回地球。送回地球很難,首先要克服月球的引力,要在月地空間飛行一段,進入地球的引力場,這需要很大的動力。“嫦娥五號”去的時候發射一條飛船,同時在月球外面轉圈,等候“嫦娥五號”上來,當然這都需要精確計算控制,最后它和等候的那條飛船交匯對接,那條飛船帶著“嫦娥五號”的返回艙,然后拉著它一塊到達地球空間,進入地球大氣層,他們飛行的速度很快。所以它降落的時候,進入地球的大氣層會燃燒,溫度很高很危險,所以我們要把它的速度降下來,彈出去再回來,降到什么速度呢?降到它不至于被燒毀,然后在地球的控制下,讓它安全的著陸在內蒙古四子王旗。這樣等于把月球上的東西返回來了,就是這個返回艙,并不是所有的東西都返回來。然后組織全國的科學家,大家發揮所長,作精細研究,作出科學上的重要貢獻。

        

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