嫦娥工程

嫦娥工程

2004年,中國正式開展月球探測工程,並命名為"嫦娥工程"。嫦娥工程分為"無人月球探測""載人登月"和"建立月球基地"三個階段。2007年10月24日18時05分,"嫦娥一號"成功發射升空,在圓滿完成各項使命後,于2009年按預定計畫受控撞月。2010年10月1日18時57分59秒"嫦娥二號"順利發射,也已圓滿並超額完成各項既定任務。2012年9月19日,月球探測工程首席科學家歐陽自遠表示,探月工程正在進行嫦娥三號衛星和玉兔號月球車的月面勘測任務。嫦娥四號是嫦娥三號的備份星。嫦娥五號主要科學目標包括對著陸區的現場調查和分析,以及月球樣品返回地球以後的分析與研究。

  • 中文名稱
    嫦娥工程
  • 別稱
    中國月球探測工程
  • 起始時間
    2004年
  • 階段區分
    3個階段
  • 科學目標
    四大科學目標
  • 工程目標
    5項
  • 首席工程師
    歐陽自遠
  • 工程組成
    5大系統

基本概述

發射人造地對未知世界的探索是人類發展的永恆動力,對茫茫宇宙的探測是人類拓展生存空間的必由之路。月球是距離地球最近的天體,也是環繞地球的唯一天然衛星,其獨特的空間位置和潛在資源,成為人類開展深空探測的起點和基礎。對未知世界的探索是人類發展的永恆動力,對茫茫宇宙的探測是人類拓展生存空間的必由之路。月球是距離地球最近的天體,也是環繞地球的唯一天然衛星,其獨特的空間位置和潛在資源,成為人類開展深空探測的起點和基礎。

球衛星、載人航天深空探測是人類航天活動的三大領域。重返月球,開發月球資源,建立月球基地已成為世界航天活動的必然趨勢競爭熱點。開展月球探測工作是我國邁出航天深空探測第一步的重大舉措。實現月球探測將是我國航天深空探測質的突破。月球已成為未來航天大國爭奪戰略資源的焦點。月球具有可供人類開發和利用的各種獨特資源,月球上特有的礦產和能源,是對地球資源的重要補充和儲備,將對人類社會的可持續發展產生深遠影響。中國探月是我國自主對月球的探索和觀察,又叫做嫦娥工程。

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國務院正式批準繞月探測工程立項後,繞月探測工程領導小組將工程命名為“嫦娥工程”、將第一顆繞月衛星命名為“嫦娥一號”。“嫦娥一號”衛星由中國空間技術研究院承擔研製,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。中國探月是我國自主對月球的探索和觀察,又叫做嫦娥工程。是中國啓動的第一個探月工程,該工程于2003年3月1日正式啓動。國務院正式批準繞月探測工程立項後,繞月探測工程領導小組將工程命名為“嫦娥工程”、將第一顆繞月衛星命名為“嫦娥一號”。首先是發射繞月衛星,“嫦娥一號”衛星由中國空間技術研究院承擔研製,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。 繼而是發射無人探測裝置,實現月面軟著陸探測,最後送機器人月球建立觀測點,並採回樣本到地球。整個計畫將歷時20年。

基本目標

科學目標

中國繞月探測工程將完成以下四大科學目標:

1、獲取月球表面三維影像。劃分月球表面的基在地貌構造單元,初步編製月球地質與構造綱要圖,為後續優選軟著陸提供參考依據。

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2、分析月球表面有用元素含量和物質類型的分布特點。對月球表面有用元素進行探測,初步編製各元素的月面分布圖。

3、探測月壤特徵。探測並評估月球表面月壤層的厚度、月壤中氦-3的資源量。

4、探測地月空間環境。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。

工程目標

國防科學技術工業委員會副主任、國家航天局局長、繞月探測工程總指揮欒恩傑介紹,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的繞月探測工程系統屆時將實現以下五項工程目標:

1、研製和發射中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。

國防科學技術工業委員會副主任、國家航天局局長、繞月探測工程總指揮欒恩傑透露,鮮紅國繞月探測工程目前已確定了四大科學目標和五大工程目標。

具體科學目標

1、探測區月貌與月質背景的調查與研究利用著陸器機器人攜帶的原位探測分析儀器,獲取探測區形貌信息,實測月表選定區域的礦物化學成分和物理特徵,分析探測區月質構造背景,為樣品研究提供系統的區域背景資料,並建立起實驗室資料與月表就位探測資料之間的聯系,深化和擴展月球探測資料的研究。探測區月貌與月質背景的調查與研究任務主要內容包括:1)探測區的月表形貌探測與月質構造分析;2)探測區的月壤特徵、結構與厚度以及月球岩石層淺部(1~3km)的結構探測;3)探測區礦物/化學組成的就位分析。

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2、月壤和月岩樣品的採集並返回地面月球表面覆蓋了一層月壤。月壤包含了各種月球岩石和礦物碎屑,並記錄了月表遭受撞擊和太陽活動歷史;月球岩石和礦物是研究月球資源、物質組成與形成演化的主要信息來源。採集月壤剖面樣品和月球岩石樣品,對月表資源調查、月球物質組成、月球物理研究和月球表面過程及太陽活動歷史等方面都具有重要意義。月壤岩芯明岩樣品的採集並返回地面的任務主要內容包括:1)在區域形貌和月質學調查的基礎上,利用著陸器上的鑽孔採樣裝置鑽取月壤岩芯;2)利用著陸器上的機械臂採集月岩/月壤樣品;3)在現場成分分析的基礎上,採樣裝置選擇採集月球樣品;4)著陸器和月球車都進行選擇性採樣,月球車可在更多區域選擇採集多類型樣品,最後送回返回艙。

3、月壤與月岩樣品的實驗室系統研究與某些重要資源利用前景的評估月壤與月岩樣品的實驗室系統研究與某些重要資源利用前景的評估任務主要內容包括:我國首顆月球探測器嫦娥1號月球衛星

1)對返回地球的月球樣品,組織全國各相關領域的實驗室進行系統研究,如物質成分(岩石、礦物、化學組成、微量元素、同位素與年齡測定)、物理性質(力學、電學、光學、聲學、磁學等)、材料科學、核科學等相關學科的實驗室分析研究;2)月球蘊含豐富的能源和礦產資源,進行重要資源利用前景的的評估,是人類利用月球資源的前導性工作,可以為月球資源的開發利用以及人類未來月球基地建設進行必要的準備;根據月球蘊含資源的特征,測定月球樣品中He-3、H、鈦鐵礦等重要資源的含量,研究其賦存形式;3)開展He-3等太陽風粒子的吸附機理和鈦鐵礦富集成礦的成因機理研究;4)開展He-3、H等氣體資源提取的實驗室模擬研究。

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4、月壤和月殼的形成與演化研究各階段示意圖

月壤的形成是月球表面最重要的過程之一,是研究大時間尺度太陽活動的視窗。月球演化在31億年前基本停止,因此月表岩石和礦物的形成與演化可反映月殼早期發展歷史;月球表面撞擊坑的大小、分布、密度與年齡記錄了小天體撞擊月球的完整歷史,是對比研究地球早期演化和災變事件的最佳信息載體。

5、月基空間環境和空間天氣探測太陽活動是誘發空間環境與空間天氣變化的主要因素,對人類的航天等活動有重大影響。在月球探測三期工程中空間環境與空間天氣探測包括以下內容:1)空間環境探測器記錄宇宙線、太陽高能粒子和低能粒子的通量和能譜,分析與研究太陽活動和地月空間環境的變化;探測太陽風的成分與通量,為月壤成熟度和氦-3資源量的估算提供依據。2)甚低頻射電觀測在月面安置由兩個天線單元組成的甚低頻幹涉觀測陣,長期進行太陽和行星際空間的成圖和時變研究,建立世界上第一個能夠觀測甚低頻電磁輻射的長久設施。

實施方案

三個階段

我國月球探測近期規劃共分為“繞”“落”和“回”三個階段。目前我國月球探測的所有工作都在圍繞“繞”這一目標進行。

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繞:即“嫦娥一號”繞月工程,這是我國月球探測的第一期目標,這一工程有望在三年左右得以實現。就是研製和發射中國第一顆月球探測衛星,以獲取月球的三維立體圖像等。

落:探月二期工程。在實現“繞”的基礎上,再過三至五年時間實施‘落’,就是發射月球軟著陸器,試驗月球軟著陸和月球車巡視勘察。

回:探月三期工程。就是不僅向月球發射軟著陸器,而且發射小型採樣返回艙,採集關鍵性月球樣品返回地球。

方案中國航天科技工作者早在1994年就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。經過10年的醞釀,最終確定中國整個探月工程分為“繞”、“落”、“回”3個階段。第一步為“繞”,即發射我國第一顆月球探測衛星,突破至地外天體的飛行技術,實現月球探測衛星繞月飛行,通過遙感探測,獲取月球表面三維影像,探測月球表面有用元素含量和物質類型,探測月壤特徵,並在月球探測衛星奔月飛行過程中探測地月空間環境。第一顆月球探測衛星“嫦娥一號”已于2007年10月24日發射。第二步為“落”,時間定為2007年至2010年。即發射月球軟著陸器,突破地外天體的著陸技術,並攜帶月球巡視勘察器,進行月球軟著陸和自動巡視勘測,探測著陸區的地形地貌、地質構造、岩石的化學與礦物成分和月表的環境,進行月岩的現場探測和採樣分析,進行日-地-月空間環境監測與月基天文觀測。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。第三步為“回”,時間定在2011至2020年。即發射月球軟著陸器,突破自地外天體返回地球的技術,進行月球樣品自動取樣並返回地球,在地球上對取樣進行分析研究,深化對地月系統的起源和演化的認識。目標是月面巡視勘察與採樣返回。

任務計畫

2007年10月24日18時05分-發射第一個探月衛星嫦娥一號。

2010年10月1日18時59分-發射第二個探月衛星嫦娥二號。

2013年(預計)-發射嫦娥三號月球軟著陸器,並攜帶一個“月球車”,進行首次月球軟著陸和自動巡視勘測。建立位于月球背面的太空天文站。

2017年(預計)-即發射嫦娥四號月球軟著陸器,進行首次月球樣品自動取樣並安全返回地球,在地球上對取樣進行分析研究。

發展歷程

1991年,中國科學家提出中國也應該開展月球探測活動的建議,並在國家高技術研究發展計畫(863計畫)中成立“月球探測課題組”。

1994年,中國科學家完成第一個較為完整的月球探測工程的可行性報告。

1998年,由中國科學院相關單位的專家完成中國月球探測發展戰略的研究項目,提出開展中國月球探測發展規劃的初步構想,並于2000年完成《中國月球資源探測衛星科學目標》研究報告。

2000年11月,《中國的航天》白皮書發表,首度披露將“開展以月球探測為主的深空探測的預先研究”。

2001年1月,原國防科工委在哈爾濱召開首屆深空探測會議,與會科學家就加快中國探月工程論證、推動中國探月工程立項達成共識。

2001年12月,原國防科工委委托資深航天專家孫家棟院士協調構架中國探月工程架構。

2002年8月,在青島舉行的有中、美、俄、歐空局參加的深空探測國際研討會上,中國正式對外宣布將開展月球探測工程。

2003年2月,原國防科工委召開月球探測工程預發展會議,宣布月球探測工程進入預發展階段。

2003年9月,原國防科工委成立月球探測工程領導小組,負責協調各單位工作,並起草國家月球探測工程的專項立項報告。

2004年1月,國務院批準繞月探測工程立項。

2004年2月,繞月探測工程領導小組第一次會議召開,會議通過《繞月探測工程研製總要求》,同時將工程命名為“嫦娥”工程。4月,國家航天局正式宣布繞月探測工程立項、啓動,中國“嫦娥”工程進入實施階段。

2006年,嫦娥工程一期完成衛星系統、運載火箭系統正樣飛行產品的生產;完成發射場系統、測控系統、地面套用系統的集成、聯試,並確保具備執行任務的能力。

2007年10月24日,中國成功發射首顆月球探測衛星嫦娥一號,繼人造地球衛星、載人航天之後,開創中國航天史上第三個裏程碑。

2010年10月1日,中國探月工程二期先導星嫦娥二號發射成功,完成一系列繞月探測任務並順利開展多項拓展性試驗。嫦娥二號2013年7月中旬距地突破5000萬公裏,目前正繼續飛向更遠深空。

參與人員

中國探月工程首席工程師歐陽自遠;

月球探測工程中心副主任郝希凡;

中國繞月探測工程測控通信指揮部部長朱民才;

衛星系統總指揮、總設計師葉培建,副總設計師孫澤州、孫輝先;

長征三號甲運載火箭副總指揮金志強;

長征三號甲運載火箭整體主任設計師 陳閩慷;

長征三號甲運載火箭整體副主任設計師 劉建忠;

地面套用系統總設計師李春;

繞月探測工程地面套用系統總設計師 副總指揮 李春來;

繞月探測工程地面套用系統 副總設計師 張洪波;

“嫦娥一號”衛星副總設計師 有效載荷總設計師 孫輝先;

“嫦娥一號”衛星有效載荷總指揮 吳季;

巡視器整體主管設計師溫博(女);

測控數傳分系統主管設計師張婷(女);

天線分系統主管設計師戰榆莉(女);

供陪電分系統主管設計師陳燕(女);

中國繞月探測工程測控系統副總設計師董光亮等。

工程意義

嫦娥工程是一個完全自主創新的工程,也是我國實施的第一次探月活動。工程自2004年1月立項,目前已經完成了嫦娥一號衛星和長征三號甲運載火箭產品研製和發射場、測控、地面套用系統的建設。2007年11月24日在西昌衛星發射中心成功發射升空。月球探測是一項非常復雜並具高風險的工程,到目前為止,人類共發射月球探測器122次,成功59次,成功率為48%。中國長征三號甲運載火箭的成功率已達到100%。

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