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嫦娥一號飛行示意圖
紫金山天文臺早期使用的國產光學跟蹤經緯儀，可測定衛星的地平高度和方位角。
嫦娥奔月，中國人的一個神話，古老而美麗。
嫦娥一號，2007年下半年將在西昌衛星發射中心升空。中國嫦娥探月工程，以及隨後的登月計劃，都將載入史冊。21世紀，中國人踏上月球的夢想終將成爲現實。嫦娥一號如何奔月？人們將怎樣觀測嫦娥一號奔月？就此，我們採訪了中國探月工程首席科學家歐陽自遠院士和天體力學專家鄭學塘教授。
嫦娥一號如何奔月
記者：歐陽院士，請您談談嫦娥一號是怎樣奔月的？
歐陽院士：嫦娥一號衛星重2350千克，把它發射升空，送到月球附近，實現繞月運行，需要強大的運載火箭。我們用國產的長三甲火箭。起飛後148.1秒一、二級火箭分離，4.5分二、三級火箭分離，10.2分三級火箭一次發動機關機，20.3分三級火箭二次發動，22.4分三級火箭二次關機，24分星箭分離。
嫦娥一號在地球周圍飛行時經過三次變軌，從週期16小時的軌道變爲24小時、48小時軌道。
嫦娥一號必須有很高的速度，當它達到地球的第一宇宙速度(每秒7.9公里)，就能夠圍繞地球飛行而不會因爲地球的吸引而下落了，這時它在停泊軌道上。當加速到每秒10公里時，嫦娥一號進入了遠地點爲38萬公里的大橢圓軌道，飛向月球。
在地月轉移軌道上，嫦娥一號將飛行5天左右(地球到月球的平均距離38萬公里，嫦娥一號整個飛行需10天左右)，其間進行3次中途修正，以確保正確進入預定月球軌道。
環月軌道階段是極爲關鍵的，嫦娥一號在此前高速度飛行，不減速，它很可能或者掠過月球，或者撞毀在月球表面上。怎樣控制減速的時間、減速的數量，做到恰到好處地制動減速，調整軌道，讓嫦娥一號減速到1.7公里/秒(月球的第一宇宙速度)，而被月球引力捕獲成爲繞月衛星？這需要地面測控系統準確測量嫦娥一號各種重要參數，準確指令減速火箭的啓動、關閉等，才能保證嫦娥一號在高度爲200公里的極月圓軌道上進入正常工作狀態。這種測量嫦娥一號實時參數(包括距離、速度等等)，發出控制指令的工作，在嫦娥一號奔月全過程的各個階段(發射升空、繞地飛行段，調相軌道段，地月轉移軌道段和環月軌道段)都要做。其中，測量是前提，這一工作也可以說是採用多種方式觀測嫦娥一號。
不同階段“看法”各異
記者：我們怎樣去看嫦娥一號呢？
歐陽院士：看，有多種多樣的“看法”。在電視上看嫦娥一號的有關情況，各類人羣都可以；到西昌發射場看，那只有很少人員纔有機會。撇開這些，就觀測來說，主要分光學觀測、無線電觀測、雷達和激光測距等三類，這與觀測人造地球衛星是類似的。光學觀測比較直觀，用肉眼直接看或藉助光學望遠鏡觀測；當嫦娥一號離地面比較近，例如在發射、繞地飛行軌道段，適宜用；但在離地很遠時，例如地月轉移軌道段、環月軌道段，一般的天文愛好者、航天愛好者就不可能用自己的光學望遠鏡去觀測嫦娥一號了。
至於無線電觀測、雷達和激光測距，這兩種觀測手段僅僅適宜專業單位使用，它們的優點是全過程、機會多、精度高。嫦娥一號飛行的全部幾個階段，它們都可以觀測；它們不受晝夜、陰晴和日照等條件的限制，只要衛星經過觀測站上空，就可以觀測，觀測的機會比光學方式多了許多；測量衛星距離的精度高，例如中國科學院上海天文臺餘山工作站裝備的激光測距儀，測量距離的精度達到釐米級。它們的缺點是設備昂貴，現階段一般的單位、個人都難以應用。嫦娥一號上裝備着能發射某個固定頻率無線電波的電臺，而地球上龐大的天線陣、激光測距儀、跟蹤雷達和各種高靈敏度的接收器，安裝在陸地測控站和海上的遠望號測控船上，可以完成對衛星的測控任務。
光學觀測最早使用
記者：鄭教授，請您談談光學觀測好嗎？
鄭教授：觀測人造地球衛星、宇宙飛船，最早使用的是光學手段。例如1957年10月4日人類第一顆人造地球衛星發射成功，而當年4月30日，根據中蘇兩國科學合作協議，在天津市西郊曹莊子，就建設有一個人造地球衛星光學觀測站，使用AT-1型廣角望遠鏡進行光學觀測。觀測數據要送出去的，但那時候天津農村通訊手段還很落後，連電話都極少。爲了及時傳送數據，專門在天津市區與人衛站之間架設了電話線路，才保證了觀測數據能夠及時傳送。
人類觀測天體最早是用肉眼直接看，後來發明了光學望遠鏡，能夠看到更暗、更遠的天體。光學觀測包括亮度觀測和定位觀測。觀測衛星的亮度又分目視、照相、光電三種方法，目視方法是用肉眼或者目視光亮計，去比較衛星和它附近的恆星或者“人工比較星”的亮度，測到衛星的亮度及其變化規律。照相方法是用固定照相和拍攝衛星、恆星拖跡，再用測微光度計作比較，得出衛星亮度的變化規律。光電方法需要一架衛星跟蹤望遠鏡，藉助光電光度計、光電倍增管等把衛星亮度的變化記錄在照相示波器膠片上。
光學定位觀測有目視、照相兩種，都需要設備。目視定位觀測用特製的廣角望遠鏡(視場6°～12°)，可以去搜索、攔截比較明亮的衛星，以恆星爲參照，測定衛星的赤道座標，這也稱相對定位。至於用特製的大視場跟蹤經緯儀直接測衛星的地平高度和方位角，稱爲絕對定位。而照相定位需要有衛星照相機，測定衛星的赤道座標，一般來說，照相定位的精度比較高，定位精度可以達到1″。
四個條件 必不可少
記者：用光學方法觀測嫦娥一號，需要具備哪些條件？
鄭教授：必須同時滿足四個條件。第一，嫦娥一號必須飛經觀測者的上空，這個條件大家都好理解。第二，當時嫦娥一號必須在地球影子外，它才能反射太陽光線，觀測者纔可以看到它。地球在背向太陽的一面有一條長長的地影，地影大致是一個圓錐形。嫦娥一號和月球一樣，本身不發光，是靠反射太陽光發亮的。當嫦娥一號沿軌道飛行進入地影時，與月球運動到地影中形成月食一樣，也會發生“食”，那時它不能反射太陽光，自然也無法用光學方法觀測到了。需要說一點，嫦娥一號與人造地球衛星一樣,被觀測機會的多少，既和其當時衛星的高度有關係，又和觀測處的緯度、觀測的季節有關。
“嫦娥一號”繞月探測進入發射實施
國家航天局宣佈，經繞月探測工程領導小組批准，繞月探測工程從10日開始正式轉入發射實施階段。“嫦娥一號”衛星於日前通過了出廠評審。
根據國防科學技術工業委員會此前公佈的《“十一五”空間科學發展規則》，我國2007年實現繞月探測，主要科學目標爲：獲取月球表面三維影像，分析月球表面有用元素含量和物質類型的分佈特點，探測月壤特性和地月空間環境。2012年前後實現月球軟着陸和自動巡視勘察；2017年前後實現自動採樣返回。
2004年1月，我國正式批准繞月探測工程立項，將第一個月球探測工程命名爲“嫦娥一號”工程。
據透露，繞月探測工程啓動以來，各承擔研製任務單位的科技人員先後突破了奔月軌道設計、三體運動控制、遠距離測控通訊、月食影響應對等多項關鍵技術。
記者：這點一般讀者不容易理解，請您解釋一下。
鄭教授：衛星在圓錐形的地影中飛行的時間越短，人們看的機會就越多。顯然，衛星離地面的高度越大，它在地影中的時間越短，觀測它的機會會越多。
有地理、季節知識的人都知道，在夏季，對北半球觀測站來說地影比較低，他們上空被地影覆蓋的時間比較短，這時，同一高度的衛星顯然在地影中飛行的時間比冬季北半球相對短一些，這樣觀測機會相對而言比較多一些。特別是夏季裏緯度相當高的觀測站，例如靠近北極圈的人們，在深夜裏都有可能觀測到衛星。嫦娥一號的情況也一樣。
記者：還有兩個條件呢？
鄭教授：第三，當時當地的天氣要晴朗，這一條，與地面上所有光學觀測的要求一樣，人們很容易理解。第四，當時當地的天光要足夠暗。嫦娥一號主要是靠反射太陽光才發亮，所以它的亮度十分有限。白天，天空背景太亮，人們不可能觀看到它。即使早晨日出以前一段時間(“晨光始”到日出)、黃昏日落後一段時間(日沒到“昏影終”)，天空仍然比較亮，也極難觀看到衛星。這種現象稱爲“晨昏曚影”，它持續的時間決定於太陽中心在地平下的角度。民用晨昏曚影取這個角度爲6°；天文晨昏曚影取這個角度爲18°，對於衛星，通常取這個角度爲9°。當然，這個角度也不固定，對於比較亮的衛星可以取爲7°，對於較暗的衛星可以取爲12°甚至更大些。“衛星晨光始”的時刻可以利用天文年曆上刊載的民用晨光始、天文晨光始兩個時刻內插得到(“衛星昏影終”類同)。用光學方法觀測嫦娥一號與觀測衛星一樣，一定要在“衛星昏影終”以後，或者在“衛星晨光始”以前，這樣，才能觀測到嫦娥一號。
記者：看起來，要同時具備這四個條件才能用光學方法觀看嫦娥一號，對於北京或者天津等等某個地區來說，機會不多吧。
鄭教授：是這樣。
機會難得早做準備
記者：兩位專家，普通民衆要成功觀看嫦娥一號，應當注意些什麼呢？
歐陽院士：嫦娥一號發射後，很快就要進入地月轉移軌道，所以它在地球周圍繞行的時間比神舟六號載人飛船繞行五天要短，這樣某個地區的民衆對它進行光學觀測的機會就十分難得了；有些地區可能沒有機會；有些地區即使有一次機會，但嫦娥一號只在該地區上空飛行一分鐘至幾分鐘。因此，把握這個十分難得的機會，是最重要的事情。那麼，嫦娥一號會不會飛過你那個地區上空？如果飛過，它在不在地球影子外面？如果恰好在地影外邊，那麼當時你那個地區天光是不是足夠暗？這些，民衆又很難自行判斷，所以航天、天文等有關部門，將及時提供有關信息，請航天愛好者、天文愛好者密切關注。
鄭教授：愛好者們還應當提早做好必要的準備，例如必要的光學觀測設備(廣角望遠鏡、高炮鏡，全能經緯儀等等，有條件的話可以到有跟蹤經緯儀等等更好設備的單位裏去)，必要的資料、知識的收集；如果當地有航天、天文科研、科普單位，不妨請他們適時組織大家觀測，那樣成功的可能性更大。
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