月球探測器 -對月球進行探測的無人航天器

月球探測器

對月球進行探測的無人航天器
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探測月球的航天器。月球探測的目的是了解太陽系的起源、演變史,了解月形、月貌、月質,探索、開發和利用月球資源,建立月球基地和人類定居點。第二次世界大戰後,世界上分成為以美國和蘇聯為首的兩大陣營,這兩大陣營進行了政治和經濟的競賽,太空競賽也是其中的一個重要方面。

初探月球的奧秘

月球是離地球最近一個天體,相距有38.4萬千米。天文學家早已用望遠鏡詳細地觀察了月球,對月球地形幾乎是了如指掌。月球上有山脈和平原,有累累坑穴和縱橫溝壑,但沒有水和空氣,晝夜之間溫差懸殊,一片死寂和荒涼。盡管巨型望遠鏡能分辨出月球上50米左右的目標,但仍不如實地考察那樣清楚。因此,人類派出使者最先探訪的地外天體仍選擇了月球。

美國最早于1958年8月18日發射月球探測器,但由于第一級火箭升空爆炸,半途夭折了。隨後又相繼發射3個先鋒號探測器,均告失敗。1959年1月2日,前蘇聯發射月球1號探測器,途中飛行順利,1月4日從距月球表面7500千米的地方通過,遺憾的是未能命中月球。這個探測器重361.3千克,上面裝有當時最先進的通信,探測設備。它在9個月後成為第一顆人造行星飛往太空深處。月球1號發射兩個月後的3月3日,美國發射的先鋒4號探測器,從距月面59000千米的地方飛過,也未擊中月球。

月球號探測器

從1958年至1976年,前蘇聯發射24個月球號探測器,其中18個完成探測月球的任務。1959年9月12日發射的月球2號,兩天後飛抵月球,在月球表面的澄海硬著陸,成為到達月球的第一位使者,首次實現了從地球到另一個天體的飛行。它載的科學儀器艙內的無線電通信裝置,在撞擊月球後便停止了工作。同年10月4日月球3號探測器飛往月球,3天後環繞到月球背面,拍攝了第一張月球背面的照片,讓人們首次看全了月球的面貌。世界上率先在月球軟著陸的探測器,是1966年1月31日發射的月球9號。它經過79小時的長途飛行之後,在月球的風暴洋附近著陸,用攝像機拍攝了月面照片。這個探測器重1583千克,在到達距月面75千米時,重100千克的著陸艙與探測器本體分離,靠裝在外面的自動充氣氣球緩慢著陸成功。1970年9月12日發射的月球16號,9月20日在月面豐富海軟著陸,第一次使用鑽頭採集了120克月岩樣口 ,裝入回收艙的密封容器裏,于24日帶回地球。1970年11月10日,月球17號載著世界上第一輛自動月球車上天。17日在月面雨海著陸後,月球車1號下到月面進行了10個半月的科學考察。這輛月球車重756千克,長2.2米,寬1.6米,裝有電視攝像機和核能源裝置。它在月球上行程10540米,考察了8千平方米月面地域,拍攝了200幅月球全景照片和20000多張月面照片,直到1971年10月4日核能耗盡才停止工作。1973年1月8日發射月球21號,把月球車2號送上月面考察取得更多成果。最後一個月球24號探測器于1976年8月9日發射,8月18日在月面危海軟著陸,鑽採並帶回170克月岩樣品。至此,前蘇聯對月球的無人探測宣告完成,人們對月球的認識更加豐富和完整了。

徘徊者,勘測者探測器

美國繼前蘇聯之後,先後發射了9個徘徊者號和7個勘測者號月球探測器。徘徊者探測器樣子像個大蜻蜓,長3米,兩翼太陽能電池板展開4.75米。探測儀器裝在前部,電視攝像機放在尾部。勘測者探測器有3隻腳,總重達1噸,裝有當時最先進的探測設備。最初5個徘徊者探測器均無建樹,直到1964年1月30日發射的徘徊者6號才在月面靜海地區著陸。但由于電視攝像機出現故障,沒有能夠拍回照片。同年7月28日徘徊者7號發射成功,在月面雲海著陸,拍攝到4308張月面特寫照片。隨後1965年2月17日發射的徘徊者8號和3月24日發射的徘徊者9號,都在月球上著陸成功,並分別拍回7137張和5814張月面近景照片。1966年5月30日發射勘測者1號新型探測器,經過64小時的飛行,在月面風暴洋軟著陸,向地面發回11150張月面照片。到1968年1月1日發射的7個勘測者探測器中,有2個失敗,5個成功。後來,美國又發射了5個月球軌道環行器,為阿波羅載人登月選擇著陸地點提供探測資料。經過這一系列的無人探測之後,月球的廬山真面目顯露出來了。

工作原理

第一步是飛越月球。1959年1月2日蘇聯發射了月球1號探測器,兩天後它從距月球6000千米處飛過,首次探訪了月球。同年10月7日,月球3號探測器在飛過月球時,拍攝了月球背面的第一張照片。隨後,美國相繼發射了數個月球探測器飛近月球或圍繞月球飛行,拍攝了一批高清晰的月面照片。

第二步是用探測器擊中月球。1959年9月12日,蘇聯發射的月球2號探測器擊中月面,成為第一個到達月面的人造物體。它得探測表明,月球沒有磁場,月球周圍沒有輻射帶。1964年7月28日,美國徘徊者7號在月球雲霧海地區硬著陸,用6台電視攝像機向地面傳回4308幅月面照片。

第三步是用探測器在月面軟著陸。1966年2月3日,蘇聯發射的月球9號首次在月球上的風暴洋軟著陸成功,從月球發回一批月球全景照片。美國在1966年5月至1968年1月期間發射了17個勘測者號探測器,其中有5個在月面軟著陸成功。

第四步是環月飛行。1966年3月,蘇聯發射的月球10號成為第一個繞月飛行的月球衛星,測量了月球周圍輻射和微流星環境。後來發射的月球11號、12號、14號、19號和22號探測器,也都成功地進入繞月球的軌道飛行,對月面進行了電視攝像探測。美國1966年8月至1967年8月發射的5個"月球軌道環行器",共拍攝了2800多幅高清晰度的月球照片,繪製了98%的月面圖,選擇了載人登月5個著陸地點。

蘇聯月球探測器

蘇聯在1959~1968年期間發射了月球1~14號月球探測器,它們探測了月球的背面,進行了繞月飛行,實現了在月面的著陸。表1是月球1~14號飛行的情況。

1969~1976年間,蘇聯發射了"月球"15~24號探測器,相對于早期的"月球號"探測器,它成為月球的自動科學站,例如,"月球"16號探測器在到達月球後,用它自帶的的小勺挖了0.1千克的月球岩石樣品,並送回地面進行分析;"月球"17號攜帶了世界第一個無人駕駛的月球車,勘探了月球表面8萬平方米的地域,進行了200多次的土樣分析,並用X射線望遠鏡掃描天空,獲取了大量資料;"月球"24號探測器攜帶的挖掘機從月球表面兩米深處挖出了1千克岩石。在這期間,蘇聯還成功地研製出一種新型的、功能比較全的探測器--"探測器"號,共發射了8顆這樣的探測器,這8顆探測器各有各的職責。

型號

發射年月

飛行情況

1

1959.1

因5000千米誤差而失蹤

2

1959.9

撞擊在月球的雨海盆地。成為第一個進入其他天體的探測器,證明月球周圍既無磁場,也無輻射帶

3

1959.10

繞月飛行,首次拍攝了月球背面的照片,顯示它是以高原地帶佔優勢的地貌

4

1963.4

因8000千誤差米沒有到達月球,飛向太陽軌道

5

1964.5

因點火失敗,沒有發射

6

1964.6

未達月球,失敗

7

1964.10

因過早點火,航天器長時間降落而自然燒毀

8

1964.12

發動機點火過遲而撞毀在月面

9

1966.2

軟著陸在月面,工作4天,發回幾幅月面電視全景圖和輻射資料

10

1966.3

第一次成為繞月飛行的人造衛星,飛行56天,測量了月球的空間輻射和微隕星環境,提供了月質學的一些有用資料

11

1966.8

繞月飛行,進行月球表面測繪

12

1966.11

繞月飛行,進行月球表面測繪

13

1966.12

軟著陸在月面,借助試驗裝置測定月面土壤的密度和堅實度

14

1968.4

進行繞月飛行,具體情況未報道

表1 蘇聯月球號探測器飛行情況

美國月球探測器

"徘徊者號"探測器: 美國為了"阿波羅計畫"的實現,發射了三種系列的月球探測器-徘徊者號、月球軌道環行器和月球勘探者號。從 1961年8月~1965年3月,美國先後向月球發射了9顆"徘徊者號"探測器,它的主要目的是為了研究整個月球的面板,測量月球附近的輻射和星際電漿等,檢測月球軌道器,以便為阿波羅登月作準備。

"徘徊者號"最初的發射很不順利:1、2號探測器在進入地球軌道後,由于火箭不工作而重新墜入大氣層被墜毀;3號探測器的火箭運行過了頭,將它送到遠離月球37000千米的太空,成為一個遊星;4號的控製系統出現故障,它撞到月球背後的環行山上,被摔得稀爛;5號探測器因電源故障而毀壞,偏離月球750千米而失蹤;6號探測器的電視系統在發射時遭到電弧的損壞,在接近目標時才開機。但從徘徊者7號開始有了轉機,徘徊者7號順利地到達月球,它上面的6台電視攝像機向地面發回4300多幅電視圖像,這些圖像清楚地顯示出月面直徑小到3米的月坑和幾塊不到25釐米的岩石,這是首次電視直播月球表面的情況。徘徊者8號的飛行也很順利,它拍攝了更大範圍的月面地貌,為月圖的繪製填補了空白;徘徊者9號落進了月球的一個月抗中,首次將電視實況接入商業網路中,"徘徊者"8號和9號的飛行證明再月球上有很多可供登月艙著陸的平坦地方。

"勘測者"號探測器:由于"徘徊者"號探測器屢屢失敗,美國研製了另一種新型的月球探測器-"勘測者"號。在1965年5月~1968年1月,美國共發射了7顆"勘測者"號探測器。"勘測者"1號成功地在月球軟著陸,在月面停留了6周,總共向地面發回11237幅圖片。"勘測者"2號因登月的三台微調發動機中有一台未發動而墜毀于月面。"勘測者"3號向地球發回預著陸點及其附近地形的6300幅圖片,使用飛行前攜帶的鏟子挖掘土壤,深度達18釐米,通過觀察和讀數顯示月面的土壤與地球的海邊灘沙相似,適于登月艙著陸。"勘測者"4號在按程式著陸前的幾分鍾與地面失去了聯系。"勘測者"5號配備了一台分析月球表土化學成分的儀器,採用放射性同位素方法分析了月球的土壤組成,"勘測者"6號發回了18006幅電視畫面,並作了第一次土壤化學分析;"勘測者"7號實地地調查了"阿波羅"飛船的登月點和具有代表性的月面,發回了21000幅圖片,證明勘察的一些地區有足夠的支撐硬度,可以保證載人的"阿波羅"飛船降落,但照片中也顯示月面上有一些碎石,可能妨礙載人著陸,這些情況對"阿波羅"飛船的降落十分重要。

月球軌道飛行器: 在同一時期,為了"阿波羅"登月,美國啓動了"月球軌道飛行器"計畫,它的主要目的是在繞月軌道上拍攝月球表面的詳細地形照片,為"阿波羅"飛船選擇最安全的著陸點。1966.8~1968.1的一年中,美國發射了5顆"月球軌道飛行器",它們對月面99%的區域進行了探測。拍攝了大量高解析度的照片,選出了10個可供"阿波羅"飛船著陸的候選登月點。同時,它們還獲得許多月球表面的放射性、礦物含量和月球引力場等有用資料。

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