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一年前的10月24日,中國首顆人造繞月探測衛星『嫦娥一號』發射昇空。帶著國人千年的探月夢想,一飛衝天的『嫦娥』經過13天14小時19分的飛行,最終進入環月球軌道,成功繞月,這是中國航天科技史上具有劃時代意義的大事。如今,『嫦娥飛天』已近一年,她在遙遠的太空還好嗎?是否一切正常?
『她很好,她的情況很好,一切工作正常。』似乎是對本刊記者問候的回應,中國繞月探測工程月球應用科學首席科學家歐陽自遠院士一連聲地說。在『嫦娥一號』月球探測衛星發射一周年的前夕,歐陽自遠再次接受了《瞭望》新聞周刊的專訪。
將公布中國第一張全月球影像圖秋日的北京,風清雲淡。10月23日一早,當《瞭望》新聞周刊記者趕到中科院國家天文臺時,歐陽自遠已等候在他的辦公室。
指著辦公桌上一本厚厚的、印刷精美的圖冊,歐陽自遠笑著告訴本刊記者:『這裡收藏的全部是"嫦娥一號"衛星傳送回來的照片,有很多還沒有對外正式公布呢。』
在『嫦娥一號』衛星拍攝的這本圖冊中,記者看到了2007年11月26日正式對外公布的、『嫦娥一號』衛星傳送回來的第一張月面圖片。據歐陽自遠介紹,這張月面圖,圖幅寬約280公裡,長約460公裡,位於月表東經83度到東經57度,南緯70度到南緯54度。圖像覆蓋區域屬月球高地,分布有不同大小、形態、結構和形成年代的撞擊坑。『當"嫦娥"進入月球軌道、各項參數檢測正常後,地面指令立體相機開始拍攝,經過3秒鍾信號的往返,中國拍攝的第一張清晰的月球圖片立即呈現在大屏幕上,經過三天三夜連續拍攝,利用最早拍攝的19軌的一小部分拼接合成了第一張月面圖。』
圖冊中還有很多是『嫦娥』在不同時間段拍攝的山脈、撞擊坑等影像圖片,其中還有一些是以張衡、祖衝之、郭守敬、李白等古代中國人的名字命名的撞擊坑。
歐陽自遠介紹說,撞擊坑是月球表面最常見的地貌單元,星羅棋布的撞擊坑也是月球表面最顯著的特征,是具有固體外殼的行星與小行星表面最常見到的特征,尤其是那些具有放射線影像的撞擊坑更引人注目。撞擊坑的直徑差別很大,小的只有厘米級大小甚至更小,大的可達上千千米。
在圖冊當中,有一對開頁上寫有『全月球影像圖』。歐陽自遠告訴本刊記者,這張由『嫦娥一號』衛星拍攝的全月圖,很快將對外公布。
『這是由"嫦娥一號"衛星拍攝的313軌照片拼接以後的合成照片,包括月球的南北極區。我們請了全國測繪學、制圖學和遙感科學應用方面的院士、專家來鑒定這張圖,專家們認為,我們的制圖方法是科學的;這張圖是目前世界上現已公布的各種月球影像圖中最為清晰、層次分明、最精確的一張全月球影像圖。』
歐陽自遠介紹說,『嫦娥一號』衛星拍照的方式與人們日常拍照的概念有很大不同。衛星拍攝的每一軌圖像呈帶狀,對應月面上寬60公裡。衛星繞月球飛行一圈為『一軌』,每一軌大約10900公裡長,用時約127分鍾。『一軌圖像』指的是『嫦娥』攜帶的CCD立體相機利用自身的鏡頭,采用三線陣推掃的成像方式,獲取前視、正視和後視三條連續的二維圖像。換句話說,目標區域被從正上方和兩個側面分別拍攝,這樣便可以制作出立體圖像。『再融合激光高度計已經獲得的800多萬個高程數據制作的全月球數值高程模型圖,就可以制作出更為精確的月球三維立體影像圖。目前這項工作還在繼續進行。』
被稱為『嫦娥一號』衛星上特殊『激光眼』的激光高度計,是我國自主研發的第一個太空激光高度計。這雙『激光眼』每隔一秒發射一束激光,在月球表面留下一個約100米直徑的印記後,便在千分之一秒內反射回來,由衛星實時處理並向地球傳回測到的大量數據,為中國即將實施的軟著陸月球探測計劃找尋最佳的落腳點提供科學依據。
『嫦娥一號』正逐步實現預定任務眾所周知,我國目前的月球探測屬於不載人月球探測『繞、落、回』三期當中的第一期,即繞月階段。『繞』就是指發射繞月探測衛星,對月球進行全球性、整體性和綜合性探測。為實現繞月探測任務,『嫦娥一號』衛星上裝有我國自主研發成功的8臺套24件科學儀器,包括CCD立體相機、激光高度計、伽瑪射線譜儀、X射線譜儀、微波輻射計、高能粒子和低能離子探測器等。
『嫦娥一號』預定的科學探測任務主要有四項:一是獲取全月球表面三維立體影像,精細劃分月球表面的基本地形和地貌單元,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、地質構造區劃和早期演化歷史研究提供基本數據,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。
二是探測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前景的鈦、鐵等14種元素的含量和分布,繪制各元素的全月球分布圖,月球主要礦物和岩石類型與分布專題圖等,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。
三是探測月壤特性,利用微波輻射技術,獲取月球表面亮度溫度分布,反演月壤的厚度,推算月球表面的年齡及其分布,並在此基礎上,估算全月球月壤中核聚變發電燃料氦-3的分布及資源量等。
四是探測地-月空間環境。月球與地球平均距離為38萬公裡,處於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等離子體,研究太陽風和月球以及地球磁場磁尾與月球的相互作用等。
據歐陽自遠介紹,『嫦娥』奔月的四大任務正在按計劃有序進行。其中,第一項任務,根據『嫦娥一號』衛星拍攝的數據合成拼接的第一張全月球表面影像圖已經完成並即將對外發布;『獲取全月球表面三維立體影像』的工作,將利用全月球表面影像圖,加上三線陣的圖像,再與激光高度計的數據融合,制作全月球表面三維立體影像。
針對第二項任務,科研人員正在把衛星上用伽瑪射線譜儀、X射線譜儀和成像光譜儀等科學儀器獲取的大量數據結合起來,以研究月球上有用元素的成分、礦物組成和岩石類型。『目前已經能夠做出幾個元素的分布圖,但不全,正在積累數據。時間越長積累的數據越多,我們作出的分布圖的精度就會更高。』
第三項目標任務在進行當中:科研人員用微波探測儀探測月球土壤特征如亮度溫度等並據此反演月球土壤的厚度,現在已有充分的數據積累,正在做分析、建立模型的工作。對於地-月空間環境的探測,歐陽自遠認為探測得越多越好,『我們需要這方面的數據積累』。
說起『嫦娥』的種種表現,歐陽自遠如數家珍。最不能讓他忘懷的是『嫦娥一號』如期進入月球引力場被月球捕獲的瞬間,他和我國繞月探測工程總設計師、運載火箭與衛星技術專家孫家棟院士忘情地擁抱在一起的那一刻。歐陽自遠解釋說,月球探測是一項高風險的科學探索,中國的探月工程也不例外。就『嫦娥一號』衛星而言,主要風險是發射、星箭分離和環月前衛星多次的變軌能否准時、精確地完成,而最為關鍵的是第一次近月點變軌,即衛星進入月球軌道被月球捕獲。
『當時"嫦娥"走了大約10天最接近月亮,在距地球38萬公裡的太空,我們無法預知月球是否能抓住"嫦娥",而能不能被月球"抓"住,關系到繞月探測的成敗。因為當衛星距月球200公裡時,要減速、調整飛行軌道、姿態、位置以達到被月球捕獲,這都需要嚴密的科學計算,這也是檢驗我們科技水平的關鍵的關鍵。如果減速慢了,衛星就很可能與月球相撞;而速度快了,又有可能與月球擦肩而過。那時,心都提到嗓子眼兒了,擔心死了。當聽到"嫦娥"被月球捕獲的報告,我們真的是老淚縱橫啊!』
『總體上看,"嫦娥"目前的狀況非常好,表現是令人滿意的。』說到『嫦娥』這一年來的表現,已逾古稀之年的歐陽自遠臉上露出欣慰的笑容。
他告訴本刊記者,『嫦娥一號』衛星上攜帶的科學儀器傳送回來的大量數據,已經有關方面批准,免費提供給國內提出申請的大學和科研院所。他透露說,目前已成立了一個由69所大學和30個研究所的專家參加的『繞月探測科學數據應用專家委員會』,旨在通過這些專家了解所在單位科研人員對探測數據的需求,以便有針對性地提供給他們,目前委員會已接到了50多份申請。『這些昂貴的數據來之不易,我們不能壟斷,而要資源共享,使有志於此的科研人員也能享用這些寶貴的資料,希望他們能從這些數據中,做出高水平的科研成果,並藉此培養一批從事這方面研究的科技人纔。』
據本刊了解,『嫦娥一號』的設計工作壽命是一年,她在完成環月探測任務之後將不再返回地球。如今,『大限』將至,『嫦娥一號』衛星是否能像美國『勇氣號』一樣超期服役呢?
對此,歐陽自遠認為,『只要它自身攜帶的燃料能夠支持衛星在完成變軌任務時所需要的能量,就可以一直工作下去。』對於衛星最後是否會采取撞擊月球的方式結束自己的任務,歐陽自遠表示,專家對此已經早有預案,還需要深化論證。
中日印探月各有千秋在太空深處,『嫦娥一號』正在按預定軌道繞月運行著,與她作伴的是100公裡外的『KAGUYA』(月亮女神)號月球探測衛星,這是日本在去年9月14日發射的月球衛星。繼中日兩國之後,今年10月22日,印度『月船一號』月球探測衛星成功發射。
『總的看來,三個國家探月的科學目標非常相似。不外乎第一探測月球的地形、地貌,制作立體圖,第二測量月球表面各種化學組成、礦物成分和岩石類型,第三探測月球空間環境。但三個國家的探月又各具特色、各有千秋。』歐陽自遠評價說,『我們的"嫦娥一號"是在世界上首次利用微波的方法探測月壤特性;日本的"月亮女神"號攜帶了2個子衛星,在世界上首次探測月球背面的重力場;而印度的繞月衛星攜帶了一個29千克的撞擊器,以期撞擊月球時拍攝照片、測定氣體成分,很有特色。』
『日本科學家花了很大力氣要精確測量月球的重力場,包括重力場的結構與分布。"嫦娥一號"也可以根據軌道的測量結果來反演月球的重力場,但這不是我們的科學目標。我們是用微波輻射計探測月球表面的微波輻射特征,計算月球表面的亮度溫度,反演月球土壤層的厚度,進一步估算氦-3的資源量。月壤的厚度代表月球演化的重要經歷,這方面的工作日本和印度的科學家沒有做。』歐陽自遠介紹說。
據《瞭望》新聞周刊了解,日本的『月亮女神』號探測器包括一個主衛星和兩顆『輔助』衛星,共裝有14個探測設備,包括成像儀、雷達探測器、激光測高儀、X射線熒光光譜儀和伽馬射線分光儀,目的是獲得月球起源和演變的科學數據,以改進未來的月球探測技術。在設計上,這些設備將探測月球表面地形、月球表面的礦物與化學組成、月球空間的環境和月球重力場與物質分布的不均一性。它還攜帶有一架高清晰電視攝像機,用於拍攝地球在月球地平線上運行的圖像。『月亮女神』號將繞月球軌道運行1年左右時間。
印度近日發射的『月船一號』探測器重約1380公斤,搭載11件載荷,5個為印度自行研制建造,另外6個來自於美國、歐洲航天局和保加利亞。今年6月,印度太空研究組織(ISRO)完成了『月船一號』探測器上11臺儀器的集成。它將通過高精度遙感裝置在繞月軌道上探測月球表面,繪制三維地圖和月球成分圖。預計將經過8天近39萬公裡的飛行,到達月球上空約100公裡的繞月軌道。印度科學家還設計了一個由衛星攜帶的小型探測器撞擊月球表面的任務,小型探測器攜帶相機和質譜計,拍攝撞擊過程並探測撞擊後的氣體成分。美國的『月球勘探者號』曾在任務結束後撞擊月球,希望能發現和證實月球表面的水冰,但沒有達到期望的結果。
印度ISRO的官員表示,『月船一號』在探索月球的任務中將集中體現不同尋常的國際合作特色。印度媒體8月24日報道,俄羅斯、西班牙和美國將幫助『月船一號』進行深空跟蹤任務。美國NASA航天局還將幫助印度接收數據。
印度媒體普遍認為,『月船一號』探月衛星的發射具有重要意義,將進一步提昇印度的國家實力。『印度的繞月衛星項目比日本和中國落後一步,登月工程就要搶先中國和日本兩步!』這是印度空間研究院『月船一號』項目總指揮米爾施瓦米安納杜拉伊去年說出的豪言壯語。國際輿論對印度的登月計劃充滿期待,印度也一再強調要趕在中國的前面,並預備在2020年前把航天員送上月球,『月船一號』就是印度雄心勃勃的探月計劃的第一步。據悉,印度『月船二號』的相關准備工作也已經開始。該項目計劃在2011年至2012年向月球表面發射一個著陸器,精細探測月球表面。目前,ISRO已經與俄羅斯航天局簽署了合作協議。
我國探月工程二期也已經正式立項,正在為實施作准備。此前,本刊記者曾在有關方面了解到,探月二期工程預計在2012年發射軟著陸器和月球車,軟著陸器在著陸區進行就位探測,月球車進行巡視探測。據悉,月球車是中國自主研發的月面巡視探測器,是集航天系統工程和智能機器人為一體的復雜航天器,具備地-月遙控能力,有獨立驅動的『六輪搖臂式行走系統。』
對於目前三個國家分別進行的探月計劃是否會形成相互競爭的局面,歐陽自遠認為,中國、日本、印度三國在共同探測月球方面必將走向合作。因為每個國家的探月工程都有自己的特色和貢獻,要相互交流,取長補短,『這也有利於彼此促進,更好地提高和充實人類對月球的認識。』(《瞭望》新聞周刊記者孫英蘭)
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