登月計畫 -科學探索

登月計畫

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近幾年,中國的探月、登月計畫受到世人的關註,但依然掩藏著一些不為人知的秘密。中國人何時在月球上留下第一行腳印,在這裏插上鮮艷的五星紅旗?何時建立月球基地?這都成了許多人急切想知道的問題。 根據中國已經確定的探月工程的計畫,整個探月工程分為三個階段,第一期工程為“繞”,二期工程為“落”, 2017年進行的三期工程為“回”。

目前國防科工委僅僅啓動了“嫦娥工程”第一期“繞月探測工程”,“嫦娥一號”(CH-1)衛星選用東方紅三號(DFH-3)衛星平台,並使用運載能力為地球同步轉移軌道2600公斤的長征三號甲運載火箭,在西昌衛星發射中心升空。這顆月球衛星的在軌飛行一年。星上搭載7種有效載荷,分別是用于月球表面三維影像探測的CCD相機和雷射高度計,用于月表化學元素與物質探測的成像光譜儀和γ/X射線儀,用于月壤厚度探測的微波探測儀,用于地月空間環境探測的太陽高能粒子探測器和太陽風粒子探測器。

  • 中文名稱
    登月計畫
  • 外文名稱
    Mission to the moon

​中國登月計畫

近幾年,中國人何時在月球上留下第一行腳印,在這裏插上鮮艷的五星紅旗?何時建立月球基地?這都成了許多人急切想知道的問題。 而中國目前並沒有明確什麽時候把人送上月球, 根據中國已經確定的計畫,中國目前首先要完成的是探月工程。整個探月工程分為三個階段,第一期工程為“繞”,二期工程為“落”, 2017年進行的三期工程為“回”,之後再進行載人登月計畫。

目前國防科工委僅僅啓動了“嫦娥工程”第一期“繞月探測工程”,“嫦娥一號”(CH-1)衛星選用東方紅三號(DFH-3)衛星平台,並使用運載能力為地球同步轉移軌道2600公斤的長征三號甲運載火箭,在西昌衛星發射中心升空。這顆月球衛星的在軌飛行一年。星上搭載7種有效載荷,分別是用于月球表面三維影像探測的CCD相機和雷射高度計,用于月表化學元素與物質探測的成像光譜儀和γ/X射線儀,用于月壤厚度探測的微波探測儀,用于地月空間環境探測的太陽高能粒子探測器和太陽風粒子探測器。

預計2007年 “嫦娥一號”升空以後,接下來“嫦娥工程”第二期就將很快進入實質性的階段。2009年至2015年將進入嫦娥二期工程,屆時將進行兩到三次的軟著陸巡視勘察,其中2012年向月面發射一個軟著陸器的計畫已經基本確定,按照這一計畫軟著陸器將攜帶載有攝像機和多種探測儀器的月球車,在月球表面巡視勘查,為建立月球基地收集基本資料資料。目前中國進行此項任務的技術、物資條件和經濟實力都已基本具備。據悉,二期計畫中採用的月球車,將採用全國招標的方式來選擇,目前國內已經有10多所科研院所和高校參與了角逐。

在此之後,中國將進行就是2017年“嫦娥工程三期”行動,即發射一顆月球無人軟著陸器,這個軟著陸器不僅要採集月壤和岩石的樣本,還要搭乘返回艙重返地球。在這個階段中,空間機器人將會充當主要角色,在衛星維修、太空科學試驗等活動中發揮重要作用。據悉,為了盡快實施機器人登月計畫,國家早已經成立了第一個空間機器人的專門研究機構,即國家高技術航天領域空間機器人工程研究中心,並且空間機器人現在已經進入研製程式。

“嫦娥工程三期”完成以後,載人登月計畫將會成為“嫦娥工程”的第四期工程。根據科學家的設計,我國所計畫採用的方式是先用運載火箭將飛船送上地球軌道,隨後,飛船自行移動至月球軌道,釋放出登入艙,降落在月球表面,宇航員登入月球。活動完成後,宇航員返回登入艙,飛離月球,與在月球軌道上等待的飛船重新對接,至此登月過程結束。

隨著神舟四號飛船的上天,中國很快就將在載人航天領域跨出自己那炫目的一步。至此,航天領域的“三駕馬車”中,中國在衛星套用、載人航天兩個方面快馬加鞭,取得了讓世人嘆服的成就。 于是,中國航天人又將探尋的目光轉向了月球。他們希望,中國月球探測計畫的提出和實施,能成為我國邁向深空探測的第一步。

探月三步走,走出自己特色

2000年11月,中國發表《中國的航天》白皮書,在近期發展目標中明確提出“開展以月球探測為主的深空探測的預先研究”。由此,我國月球探測計畫開始“浮出水面”。

在製定計畫時,航天專家普遍達成共識:雖然我們起步較晚,但中國的月球探測活動不會重復別人已經做過的工作。中國的月球探測計畫起點要高,要有特色,要科學地選擇我國進行月球探測的目標,既要填補我國月球探測的空白,也要為人類建立月球基地增添新的科學依據。

根據中國月球探測計畫首席科學家、國家天文台歐陽自遠院士介紹,我國月球探測計畫將分三步走:

第一步,利用我國現有技術和條件,向月球發射月球探測衛星。月球探測衛星將繞環月軌道運行,對月球進行遙感探測,除了探明月球上蘊藏豐富的氦3、鐵、鈦、水冰等能源和資源外,還將查明月球表面的環境、地貌、地質構造與物理場,爭取對月球的形貌特征、資源性元素分布規律及開發利用前景有一個初步認識。

第二步,使用月球車在月球“軟著陸”,腳踏實地地在月球上進行探測。

第三步,機器人登上月球,在月球有代表性的區域進行採樣,完成任務後返回,為載人登月並且返回做準備。

事實上,中國為探測月球所做的準備已經開始了。據了解,目前包括多家高校在內的研究機構,正在展開研製月球車的“競賽”,一些研究機構因為月球車研製技術日益成了宣傳,期望在日後的月球探測計畫技術招標中,自己設計的月球車能夠受到青睞。

中國還專門成立了一個空間機器人的研究機構,目前該中心已設計出多種太空機器人,其中用于月球表面探測的機器人輕小靈巧,會自由移動、爬坡和躲避障礙,並能適應月球上大溫差和輻射等環境。

長三甲火箭加東方紅三號衛星  

“探月三步走”已確定,但第一步如何走?我國將採取什麽方法,怎樣發射自己的月球探測衛星?這始終還是個謎。

不久前,在北京航空製造工程研究所組織的一次學術報告會上,中國運載火箭研究院火箭總指揮龍樂豪院士抑製不住自己的激動,向人們講述了正在醞釀中的我國月球探測第一步計畫的大致構想。

龍院士介紹,採用多級大推力火箭,發射1至2噸的月球探測器進入環月軌道,環繞月球進行探測,是我國首次月球探測計畫的基本構想。

“使用長三甲火箭作運載工具,將東方紅三號衛星稍作改進,依靠現有技術,一旦立項,我國有望在3年內發射月球探測衛星。”龍院士的樂觀是大家始料未及的。

航天界人士認為,其實我國現在就已基本具備發射月球探測衛星的技術條件。

一個不可否認的事實是,雖然我國航天技術與國外先進水準相比還有很大差距,但目前運載火箭技術及動載能力卻大大超過美國和前蘇聯三四十年前進行第一輪探月時的能力。

醞釀中的我國探月計畫,運載火箭一共有三大類型九種方案可供選擇。其中,我國自行研製的長三甲系列的3種火箭,可分別將1600千克、2400千克和3300千克的探測器直接送入奔月軌道,由于它們運載能力大,並且已成功進行過10次發射,因此長三甲火箭是發射探月飛行器首選。

專家們還樂觀估計,即使是在將來,在月球探測器既要在月球表面著陸,又要從月球返回地球,所需的發射質量較大的情況下,中國規劃中的最大運載能力達到28噸的新一代運載火箭,也能完全滿足要求。

一切順利的話中國會在2025年開始載人登月計畫    

美國登月計畫

美國是人類最早登上月球的國家,美國的登月計畫就是阿波羅計畫(Apollo Project),又稱阿波羅工程,是美國從1961年到1972年從事的一系列載人登月飛行任務。美國于20世紀60年代至70年代初組織實施的載人登月工程,或稱“阿波羅”計畫。它是世界航天史上具有劃時代意義 的一項成就。工程開始于1961年5月,至1972年12月第6次登月成功結束,歷時約11年,耗資255億美元。在工程高峰時期,參加工程的有2萬家企業、200多所大學和80多個科研機構,總人數超過30萬人。

登月計畫

美國的探月歷程

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。 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。

登月前的準備

1966—1968年美國進行了6次不載人飛行試驗,在近地軌道上鑒定飛船的指揮艙、服務艙和登月艙,考驗登月艙的動力裝置。1968—1969年,發射了“阿波羅”7、8、9號飛船,進行載人飛行試驗。主要作環繞地球、月球飛行和登月艙脫離環月軌道的降落模擬試驗、軌道機動飛行和模擬會合、模擬登月艙與指揮艙的分離和對接。按登月所需時間進行了持續11天的飛行,檢驗飛船的可靠性。1969年5月18日發射的“阿波羅”10號飛船進行了登月全過程的演練飛行,繞月飛行31圈,兩名宇航員乘登月艙下降到離月面15.2公裏的高度。

登上月球

1969年7月20-21日“阿波羅”11號飛船載著三名宇航員飛往月球,其中阿姆斯特朗與奧爾德林成功登上月球,首次實現人類踏上月球的理想。此後美國又相繼6次發射“阿波羅”號飛船,其中5次成功。總共有12名航天員登上月球。

“阿波羅”11號飛船登月飛行1969年7月16日由“土星”5 號火箭運載“阿波羅”11號飛船升空。第三級火箭熄火時將飛船送至環繞地球運行的低高度停泊軌道。第三級火箭第二次點火加速,將飛船送入地—月過渡軌道。飛船與第三級火箭分離,飛船沿過渡軌道飛行2.5天後開始接近月球,由服務艙的主發動機減速,使飛船進入環月軌道。宇航員N.A.阿姆斯特朗和E.E.奧爾德林進入登月艙,駕駛登月艙與母船分離,下降至月面實現軟著陸。另一名宇航員仍留在指揮艙內,繼續沿環月軌道飛行。登月宇航員在月面上展開太陽電池陣,安設月震儀和雷射反射器,採集月球岩石和土壤樣品22千克,然後駕駛登月艙的上升級返回環月軌道,與母船會合對接,隨即拋棄登月艙, 起動服務艙主發動機使飛船加速,進入月—地過渡軌道。在接近地球時飛船進入載人走廊,拋掉服務艙,使指揮艙的圓拱形底朝前,在強大的氣動力作用下減速。進入低空時指揮艙彈出3個降落傘,進一步降低下降速度。“阿波羅”11號飛船指揮艙于7月24日在太平洋夏威夷西南海面降落。

“阿波羅”12-17號飛船從1969年11月至1972年12月,美國相繼發射了“阿波羅”12、13、14、15、16、17號飛船,其中除“阿波羅”13號因服務艙液氧箱爆炸中止登月任務(三名宇航員駕駛飛船安全返回地面)外,均登月成功。

其他國家計畫

日本登月計畫

日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)日前宣布,日本計畫20年後在月球表面設立無人探測基地,並為此成立了一個由約20名行星專家和技術員組成的特別項目小組。日本宇宙航空研究開發機構還在考慮研發一種高科技宇航服,該機構官員表示,希望聯合日本學術界、工業界和政府各部門的力量,製造出一種可供宇航員在月球表面進行探測時穿的宇航服。日本計畫于2020年把人送上月球,2025年在月球建立研究基地。

歐洲登月計畫

歐洲計畫將于2020年把人送上月球,並以一名航天員踏上月球作為標志,而這一名航天員很可能將是一名德國人。從本月開始,科學家們便將著手開始準備有關此項任務的各種儀器。據馬克斯·普朗克研究院的弗拉克教授稱,作為為歐洲探月計畫付出最多的國家,德國理應第一個代表歐洲踏上月球。

據悉,德國每年用于空間研究的經費高達8億歐元,此次探月計畫將耗時六年多,平攤到每年的費用約為3至4億歐元。因此,聯邦議會科技委員會主席埃德加特·布爾曼表示,除了這項計畫之外,空間的運行軌道也可由德國人資助。

按照計畫,探月器首先將圍繞月球轉行四年,並向地球發揮所拍攝的月球表面精準的圖像。至今,火星上拍得的照片要比月球的清晰。探月計畫的下一步則是歐洲登月任務。在登月過程中,一架射電望遠鏡將可能被架在月球上,因為至今人們都無法完全接收到來自宇宙原始時期的長波信號。此外,科學家們正醞釀著一項更大膽的計畫:在月球上建立一個穩定的空間站,並在那裏訓練人們如何在火星著陸。

前蘇聯登月

前蘇聯的探月歷程

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。

登月計畫

登月計畫

在冷戰期間美蘇兩國白熱化的太空競賽中,蘇聯人一度佔盡優勢。但出乎意料的是,最早登上月球的卻是美國人。就在“阿波羅11”號宇航員阿姆斯特朗在月球上率先跨出人類歷史的一大步時,蘇聯人會無動于衷嗎?事實上,蘇聯人也一直在為載人登月而努力,不過由于致命設計缺陷,連續數次發射失敗,讓蘇聯人載人登月的夢想化為泡影。近日,莫斯科航空學院一實驗室公開了關于蘇聯載人登月計畫一組珍貴的解密照片,照片顯示了這項失敗的登月計畫中的主要設備,包括從未公開的“LK月球飛船”以及從未使用過的月球登入車等。其實,就在肯尼迪總統宣稱美國將爭取率先將宇航員送上月球時,蘇聯科學家仍然領先于美國同行。蘇聯人早在1959年就已將月球探測器“月球2”號送到了月球表面。此外,他們還于1966年發射了一顆環月軌道衛星。但N-1火箭的連續四次失敗最終讓蘇聯不得不中止了載人登月。

其他國家

日本登月計畫

日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)日前宣布,日本計畫20年後在月球表面設立無人探測基地,並為此成立了一個由約20名行星專家和技術員組成的特別項目小組。日本宇宙航空研究開發機構還在考慮研發一種高科技宇航服,該機構官員表示,希望聯合日本學術界、工業界和政府各部門的力量,製造出一種可供宇航員在月球表面進行探測時穿的宇航服。日本計畫于2020年把人送上月球,2025年在月球建立研究基地。

歐洲登月計畫

歐洲計畫將于2020年把人送上月球,並以一名航天員踏上月球作為標志,而這一名航天員很可能將是一名德國人。科學家們便將著手開始準備有關此項任務的各種儀器。據馬克斯·普朗克研究院的弗拉克教授稱,作為為歐洲探月計畫付出最多的國家,德國理應第一個代表歐洲踏上月球。

據悉,德國每年用于空間研究的經費高達8億歐元,此次探月計畫將耗時六年多,平攤到每年的費用約為3至4億歐元。因此,聯邦議會科技委員會主席埃德加特·布爾曼表示,除了這項計畫之外,空間的運行軌道也可由德國人資助。

按照計畫,探月器首先將圍繞月球轉行四年,並向地球發揮所拍攝的月球表面精準的圖像。至今,火星上拍得的照片要比月球的清晰。探月計畫的下一步則是歐洲登月任務。在登月過程中,一架射電望遠鏡將可能被架在月球上,因為至今人們都無法完全接收到來自宇宙原始時期的長波信號。此外,科學家們正醞釀著一項更大膽的計畫:在月球上建立一個穩定的空間站,並在那裏訓練人們如何在火星著陸。

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