中國探月工程

中國探月工程

中國探月工程(英語:Chinese Lunar Exploration Program,縮寫:CLEP)亦稱嫦娥工程,是中國啓動的第一個探月工程,于2003年3月1日正式啓動。

首先是發射繞月衛星,繼而是發射無人探測裝置,實現月面軟著陸探測,最後為運輸機器人上月球建立觀測點,並且採取樣本返回地球;整個計畫將會歷時20年。

2014年10月24日至26日中國探月工程首次實施再入返回飛行試驗,中國探月工程三期拉開序幕。

  • 中文名稱
    中國探月工程
  • 執行國家
    中華人民共和國
  • 階段劃分
    三個階段
  •  別名
     嫦娥工程

基本概述

中國探月工程經過10年的醞釀,最終確定中國的探月工程分為“繞”、“落”、“回”3個階段。

中國探月工程標識中國探月工程標識

第一期繞月工程將在2007年發射探月衛星“嫦娥一號”,對月球表面環境、地貌、地形、地質構造與物理場進行探測。

第二期工程時間定為2007年至2010年,目標是研製和發射航天器,以軟著陸的方式降落在月球上進行探測。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,進行高解析度攝影和月岩的現場探測或採樣分析,為以後建立月球基地的選址提供月面的化學與物理參數。

第三期工程時間定在2011至2020年,目標是月面巡視勘察與採樣返回。其中前期主要是研製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,研製和發射小型採樣返回艙、月表鑽岩機、月表採樣器、機器人操作臂等,採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資料資料。此段工程的結束將使我國航天技術邁上一個新的台階。

工程標識

創作靈感來自書法

顧永江是浙江紹興人。長在書法聖地蘭亭之畔的他,深受鄉風熏染,從6歲開始臨摹碑帖從未間斷。扎實的書法功底為“月亮之上”靈感打下鋪墊。顧永江告訴記者,中國書法文化內涵深厚,是取之不盡的設計源泉。

回憶起兩年前,顧永江說他偶然看到網上征集探月標識的啓事後便決定參與投稿,因為創意設計是他的職業,而中國探月工程也引發了他對太空探索領域的濃厚興趣。

談到創作靈感,顧永江說:“一開始就想到‘月’在古文中可以寫得圓圓的,就像個月亮。中間那兩點可以用腳印來代替,象征著人類登上月球。”就是這“兩點”,使這個設計既有中國元素,又有跨文化的世界胸懷,從而避免了思路的狹隘。

雖然投稿的時間非常緊,但顧永江從理清思路到最終交稿就花了1小時左右。對于這個設計,顧永江最滿意的就是那對小腳丫。他說:“我在這個作品中給觀者留下了一些思考空間,那對腳印可以是每個人的。”

“月亮之上”意味深長

2006年2月10日,顧永江設計的月球探測標識“月亮之上”在網民投票中一舉奪冠。專家評論說,該標識以中國書法的筆觸,抽象勾勒出一輪圓月,一雙小腳印踏臨其上,象征著探測月球的終極夢想,圓弧的起筆處自然形成龍頭,象征著中國航天事業如巨龍騰空而起;整體圖形由一弧兩點巧妙形成古文“月”字,寫意的筆觸在傳達一種探索的信念。

當時應國防科工委月球探測工程中心之邀,顧永江曾與眾多評審和專家進行交流溝通,在標識的細節方面進行了進一步修改。他們將初稿中弧形的紅色改成藍色,寄寓人們探索宇宙的恆久夢想;落筆的飛白改由一群和平鴿構成,表達了中國和平利用空間的美好願望

工程目標

一是獲取月球表面三維立體影像

從而劃分月球表面的基在地貌和構造單元,初步編製月球地質與構造綱要圖,為後續優選軟著陸區提供參考依據。目前世界上還沒有覆蓋整個月面的影像;中國如能獲取全月面三維影像,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。中國將爭取比國外已有的此類圖像做得更完整、更精細。

中國探月工程中國探月工程

二是分析月面有用元素含量和物質類型的分布

即對月面有用元素進行探測,初步編製各元素的月面分布圖。美國已做了5種有用元素的全球性分布與含量,嫦娥1號將探測月面鈦和鐵等14種可能有開發利用前景的重要元素的分布特點和規律。

三是探測月壤特徵

中國將首次開展月面的微波輻射探測,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5種是地球上所沒有的。尤其是氦3。它是一種安全、高效、清潔的新型核聚變燃料,可改變人類社會的能源結構,但在地球上十分罕見。每100噸氦3原料足可以解決全球一年的電力供應,而月球上的氦3儲量據估算有500萬噸,可滿足人類1萬年以上的供電需求。每克黃金價值11美元,而每克氦3是400美元。月球潛在礦產資源和能源的開發利用前景,已成為各主要航天國家組織重返月球和開展月球探測的最主要動力。

四是探測地月空間環境

將記錄原始太陽風資料,研究太陽活動對地月空間環境的影響。上述前三項工作國外還未曾進行過,第四項為中國首次在地球靜止軌道以外獲取空間環境資料。

五大目標

中國探月衛星工程還有五大工程目標:一是研製和發射中國第一顆探月衛星;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。為此要突破月球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;驗證有效載荷和資料解譯等各項關鍵技術;初步建立中國深空探測技術研製體系;培養相應的人才隊伍。

工程準備

探月計畫醞釀10年

1994年進行了探月活動必要性和可行性研究,1996年完成了探月衛星的技術方案研究,1998年完成了衛星關鍵技術研究,以後又開展了深化論證工作。

月球探測工程立項

中國的探月計畫經過長期準備、10年論證,于2004年1月正式立項,被稱作“嫦娥工程”。該工程目前主要集中在繞月探測、月球三維影像分析、月球有用元素和物質類型的全球含量與分布調查、月壤厚度探查以及地月空間環境探測。"嫦娥一號”衛星有效載荷的研製測試工作由中國科學院空間科學與套用研究中心負責。

任務目標

中國首次月球探測工程四大科學任務

一、獲取月球表面三維立體影像,精細劃分月球表面的基本構造和地貌單元,進行月球表面撞擊坑形態、大小、分布、密度等的研究,為類地行星表面年齡的劃分和早期演化歷史研究提供基本資料,並為月面軟著陸區選址和月球基地位置優選提供基礎資料等。

二、分析月球表面有用元素含量和物質類型的分布特點,主要是勘察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,繪製各元素的全月球分布圖,月球岩石、礦物和地質學專題圖等,發現各元素在月表的富集區,評估月球礦產資源的開發利用前景等。

中國探月工程中國探月工程

三、探測月壤厚度,即利用微波輻射技術,獲取月球表面月壤的厚度資料,從而得到月球表面年齡及其分布,並在此基礎上,估算核聚變發電燃料氦3的含量、資源分布及資源量等。

四、探測地球至月球的空間環境。月球與地球平均距離為38萬公裏,處于地球磁場空間的遠磁尾區域,衛星在此區域可探測太陽宇宙線高能粒子和太陽風電漿,研究太陽風和月球以及地球磁場磁尾與月球的相互作用。

中國首次月球探測工程由月球探測衛星、運載火箭、發射場、測控和地面套用等五大系統組成,工程系統五項工程目標

1、研製和發射我國第一個月球探測衛星;

2、初步掌握繞月探測基本技術;

3、首次開展月球科學探測;

4、初步構建月球探測航天工程系統;

5、為月球探測後續工程積累經驗。

技術難點

1、軌道設計與飛行程式控製問題

2、衛星姿態控製的三矢量控製問題

攜帶儀器

衛星有效載荷因不同的航天任務而異,搭載的科學探測的儀器和科學實驗的設備有效載荷包括微波探測儀分系統、空間環境探測分系統、有效載荷資料管理分系統等。微波探測儀分系統將主要對月壤的厚度進行估計和評測,這是國際上首次採用被動微波遙感手段對月表進行探測。空間環境探測分系統由太陽高能粒子探測器等3台設備組成,將探測地月和近月的空間環境參數。還有用于拍攝地球表面照片的CCD相機。

嫦娥一號準備使用的科學儀器包括:CCD立體相機(用于拍攝全月面三維影像);雷射高度計;成像光譜儀(用于獲取月面光波圖譜);伽馬/X射線譜儀(用于探測月球表面元素);微波探測儀(用于獲取月壤厚度);以及月球背面亮度溫度圖和月球兩極地面信息(世界上首次在探月衛星上使用);太陽高能粒子探測器;低能離子探測器 。

嫦娥系列

嫦娥一號

嫦娥一號”(Chang'E1)是中國自主研製並發射的首個月球探測器。中國月球探測工程嫦娥一號月球探測衛星由中國空間技術研究院研製,以中國古代神話人物“嫦娥”命名,嫦娥奔月是一個在中國流傳的古老的神話故事。嫦娥一號主要用于獲取月球表面三維影像、分析月球表面有關物質元素的分布特點、探測月壤厚度、探測地月空間環境等。整個“奔月”過程大概需要8~9天。嫦娥一號將運行在距月球表面200千米的圓形極軌道上。嫦娥一號工作壽命1年,計畫繞月飛行一年。執行任務後將不再返回地球。嫦娥一號發射成功,中國成為世界第五個發射月球探測器的國家地區。

嫦娥一號是中國的首顆繞月人造衛星,由中國空間技術研究院承擔研製。嫦娥一號平台以中國已成熟的東方紅三號衛星平台為基礎進行研製,並充分繼承“中國資源二號衛星”、“中巴地球資源衛星”等衛星的現有成熟技術和產品,進行適應性改造。衛星平台利用東方紅三號衛星平台技術研製,對結構、推進、電源、測控和數傳等8個分系統進行了適應性修改。嫦娥一號星體為一個2米×1.72米×2.2米的長方體,兩側各有一個太陽能電池帆板,完全展開後最大跨度達18.1米,重2350千克。有效載荷包括CCD立體相機、成像光譜儀、太陽宇宙射線監測器和低能粒子探測器等科學探測儀器。

嫦娥一號嫦娥一號

嫦娥一號月球探測衛星由衛星平台和有效載荷兩大部分組成。嫦娥一號衛星平台由結構分系統、熱控分系統、製導,導航與控製分系統、推進分系統、資料管理分系統、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。這些分系統各司其職、協同工作,保證月球探測任務的順利完成。星上的有效載荷用于完成對月球的科學探測和試驗,其它分系統則為有效載荷正常工作提供支持、控製、指令和管理保證服務。

根據中國月球探測工程的四項科學任務,在嫦娥一號上搭載了8種24台件科學探測儀器,重130千克,即微波探測儀系統、γ射線譜儀、X射線譜儀、雷射高度計、太陽高能粒子探測器、太陽風離子探測器、CCD立體相機、幹涉成像光譜儀。

在初樣研製階段,有電性星和結構星這兩顆初樣衛星承擔衛星測試工作。電性星的試驗主要是用于一些帶有電子性能的設備的綜合測試,結構星的試驗主要是要考核結構設計的合理性,和整星上溫度控製設計的合理性。兩顆初樣星進行整星測試。整個初樣測試階段持續到2007年6月份,隨後進入衛星正樣星的研製階段,進行“嫦娥一號”正樣衛星的研製。

為了保證完成月球探測工程任務,對承擔衛星發射任務的長征三號甲火箭進行了41項可靠性的設計工作,以提高其運載可靠性。

“嫦娥一號”月球探測衛星于2007年10月24日在西昌衛星發射中心由“長征三號甲”運載火箭發射升空。運行在距月球表面200千米的圓形極軌道上執行科學探測任務。

台北時間2007年10月24日18時05分(UTC+8時)左右,嫦娥一號探測器從西昌衛星發射中心由長征三號甲運載火箭成功發射。衛星發射後,將用8天至9天時間完成調相軌道段、地月轉移軌道段和環月軌道段飛行。經過8次變軌後,于11月7日正式進入工作軌道。11月18日衛星轉為對月定向姿態,11月20日開始傳回探測資料。

2007年11月26日,中國國家航天局正式公布嫦娥一號衛星傳回的第一幅月面圖像。

2007年12月12日上午10時,慶祝我國首次月球探測工程圓滿成功大會在北京人民大會堂舉行。

2009年3月1日16時13分,嫦娥一號衛星在控製下成功撞擊月球。為我國月球探測的一期工程,劃上了圓滿句號。

嫦娥一號衛星總設計師和總指揮葉培建2008年2 月21號透露,嫦娥二號衛星將于2010年前後發射。

嫦娥二號

于2010年10月1日18時59分57秒發射。這是嫦娥一號衛星的姐妹星,由長征三號丙火箭發射。由于嫦娥二號的主要任務是要獲得更清晰更詳細的月球表面影象資料和月球極區表面資料,因此衛星上搭載的CCD照相機的解析度將更高,達到十米左右,其它探測設備也將有所改進,所探測到的有關月球的資料將更加翔實。

嫦娥二號嫦娥二號

嫦娥一號衛星總設計師和總指揮葉培建:(嫦娥)二號星的飛行程式和(嫦娥)一號相似,關鍵是它的工作軌道是200公裏,我們準備把它降到100公裏,應該在2010年前後發射嫦娥二號。

葉培建介紹,嫦娥工程分為三步,在實現衛星繞月之後,將是發射著陸器到月球上。關鍵技術的攻關工作目前已經開始,將在兩年內獲得突破。

全國人大代表、國防科工委月球探測工程中心主任胡浩表示,嫦娥一號當初還有一顆備份星,目前正在對這顆備份星進行改進,改造完成後將作為嫦娥二號進行發射,發射方式與嫦娥一號相同。

胡浩表示,嫦娥二號暫時還沒有發射的具體時間表。“要等攻關結束,問題都解決了,最後的設備系統測試、驗證完成後,才考慮發射的問題。”胡浩分析說,我們關註過程,但民眾關心發射的結果,大家的關註點並不一樣。他透露,嫦娥二號目前正在論證,方案還未拿出,會借鏡嫦娥一號的管理、技術和對空間環境了解的經驗,但在技術方面將有所提高。同時,胡浩表示,嫦娥二號的技術狀態不想大動,否則容易帶來風險,花錢也多。

嫦娥三號

探月工程二期啓動 將發射嫦娥三號、四號  

11月12日下午15時,國家國防科技工業局舉行繞月探測工程全月球影像圖發布暨科學資料交接儀式。工業和信息化部副部長兼國家國防科技工業局局長陳求發透露,“嫦娥二號”計畫于2010年底前完成發射。

陳求發指出,“嫦娥一號”衛星已在軌運行一周年,完成了工程各項目標和科學探測任務,這標志著中國探月工程一期取得圓滿成功!工程的圓滿成功,實現了領導小組提出的“出成果,出經驗,出模式,出人才”的目標。

嫦娥三號嫦娥三號

陳求發說,今年年初,國務院正式批準探月工程二期立項。二期工程主要是研製並發射“嫦娥三號”和“嫦娥四號”月球探測器,要實現月球軟著陸,技術跨越大,工程風險大。為確保二期工程成功,我們對一期工程的

備份星進行技術改進,作為二期工程的

先導星,命名為“嫦娥二號”,主要是先期試驗驗證部分新技術和新設備,降低工程風險,深化月球科學探測。

嫦娥三號將實現月球軟著陸和巡視探測任務並將選用長征三號乙運載火箭發射。在科學技術方面,二期工程將實現四個第一,要研製並發射我國第一個地外天體著陸探測器和巡視探測器,第一次利用“長征三號乙”運載火箭發射地月轉移軌道航天器,第一次建立和使用深空測控網進行測控通信,第一次實現月球軟著陸、月面巡視、月夜生存等重大突破,開展月表地形地貌與地質構造、礦物組成和化學成分、月球內部結構、地月空間與月表環境等探測活動,建成基本配套的月球探測工程系統。

嫦娥四號

衛星簡稱嫦娥四號,專家稱“四號星”,是嫦娥繞月探月工程計畫中嫦娥系列的第四顆人造繞月探月衛星,主要任務是接著嫦娥三號著陸月球表面、繼續更深層次更加全面地科學探測月球地質、資源等方面的信息,完善月球的檔案資料。    

三期工程

中國國防科技工業局新聞發言人2014年10月22日宣布,中國探月工程首次實施再入返回飛行試驗,飛行試驗器計畫于24日至26日擇機在西昌衛星發射中心發射。這是中國飛行器首次挑戰從距地約38萬公裏的月球軌道返回地球。

中國探月工程

這次試驗的目的是通過真實飛行,獲取試驗資料,驗證未來探月三期主任務星“嫦娥五號”以接近第二宇宙速度(11.2公裏/秒)再入返回地球的相關軌道設計、氣動、熱防護、製導導航與控製等關鍵技術。為“嫦娥五號”執行無人月球取樣返回積累經驗。

2013年12月,嫦娥三號成功落月後,中國探月工程全面進入“繞、落、回”三步走發展規劃的第三期,計畫于2017年前後執行嫦娥五號任務,實現無人自動採樣返回。

試驗中將發射一顆飛行試驗器。飛行器飛抵月球附近,繞月半圈後自動返回。以接近第二宇宙速度進入大氣層,經跳躍式彈起後,再次進入大氣層,並在內蒙古地區著陸。飛行試驗器發射升空後將經歷星箭分離、地月轉移、月球近旁轉向、月地轉移、返回地球附近、再入返回地球等六大關鍵節點。整個過程大約8天左右。

除了此次驗證的返回技術,承擔中國首次月球樣品自動取樣返回探測任務的‘嫦娥五號’還需突破月面採樣、月面上升、月球軌道交會對接等三項關鍵技術。

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