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人民網科技北京5月31日電(記者劉然)首屆世界月球會議將於5月31日在北京召開。來自世界各國航天局代表、航天企業決策者、國際月球探測項目專家將出席本次會議。會議將就科學與探索、生命科學、載人月球-火星探測、生命保障等議題進行研討。中國航天科技集團公司科技委副主任、中國探月工程副總設計師於登雲作題為『中國深空探測的現狀和未來中國深空探測活動的展望』的主題報告,全文如下:
尊敬的主席先生、女士們、先生們上午好!
很高興有機會參加這次會議,就月球探測和深空探測技術與各國朋友進行廣泛的交流與研討。今天我報告的題目是『中國深空探測的現狀與展望』。中國航天科技公司是中國航天科技工業的主導力量,其主要業務范圍包括各類航天器和運載火箭的研制,以及相應的航天技術應用產業和航天服務業。中國航天科技集團公司在中國深空探測活動中發揮了重要的作用,未來將繼續推動中國深空探測事業的發展。
首先,介紹中國的探月工程。中國的探月工程又稱作『嫦娥工程』,規劃為三期,簡稱為『繞落回』,計劃在2020年前依次完成繞月探測、落月探測和無人采樣返回。迄今為止,探月一期工程已經圓滿完成,探月二期工程正在實施,探月三期工程正在論證。探月一期工程,又稱繞月探測工程,工程系統組成包括『嫦娥一號』繞月探測衛星、運載火箭、發射場、測控通信和科學應用系統。其中『嫦娥一號』繞月探測衛星和長征三號運載火箭分別由中國航天科技集團公司所屬,中國空間技術研究院和中國運載火箭技術研究院研制。2007年10月24日『嫦娥一號』發射成功,並圓滿完成了預定任務。
長征三號甲運載火箭已經連續成功發射幾十次,是中國航天科技集團公司的金牌火箭。『嫦娥一號』月球探測衛星繼承了三號和衛星等型號平臺的技術和產品,從立項到首飛成功,用時僅33個月,對於高風險的星空探測領域而言,這樣短的時間在世界范圍內也是少見的。『嫦娥一號』衛星的飛行過程大致是這樣,運載火箭將衛星送入遠地點約5萬公裡的超GTO軌道,隨後衛星經多次變軌,將軌道周期順序調整為兩天。然後加速進入轉移時間5天左右的環月軌道,到達後執行三次減速機動,實現月球捕獲,同時將繞月軌道周期從12小時變為127分鍾,進入任務軌道。探月一期工程自2004年2月正式啟動,2007年10月24日長征三號甲運載火箭按零窗口准時發射,將『嫦娥一號』衛星送入預定軌道。經過調向段和第二轉移段的飛行,並完成進月捕獲,進入環月使命軌道,開始為期一年的科學探測活動。2008年11月12日發布了中國第一幅全月球影像圖,標志著探月一期工程圓滿完成。此後『嫦娥一號』又完成了一系列在軌實驗等一系列擴展任務。2009年3月1日在地面控制下准確轉機到地面預定區域,『嫦娥一號』衛星攜帶了總重約140公斤各類科學探測載荷,包括成像相機、太陽風高能粒子探測器等等,『嫦娥一號』衛星繞月期間發回了超過1個GB的科學探測數據。科學家對此進行了大量的分析研究,例如CCT相機光譜議和激光獲取的三維頁面圖像,包括月球南北兩極的三維圖像,X的?射陽光譜議獲取的月球圖等,此外還獲取了月球白天亮溫度和低能粒子探測器,獲取了太陽能不同能級的流量數據,中國的科學家們正在對這些數據進行深入分析,未來有望發布更多的科研成果。
下面介紹探月二期工程,探月二期工程將包含三次任務,分別是『嫦娥二號』衛星軌道探測任務和『嫦娥三號』、『嫦娥四號』探測器、『軟著陸』與月面巡視探測任務。後來根據任務需要,改為探月二期工程的先導性,在『嫦娥一號』的基礎上,『嫦娥二號』更換了部分科學探測載荷,並為後續任務的關鍵技術進行在軌驗證,為『軟著陸』和更遠的深空探測活動奠定基礎。『嫦娥三號』、『嫦娥四號』探測任務的主要目標是,通過研制月球『軟著陸』探測器和月面巡視探測器,建立地面昇空站,突破月球『軟著陸』自動巡視勘察、深空測控通信等關鍵技術,形成月球『軟著陸』探測的基本能力,並建立月球探測航天工程基本體系,形成重大項目實施的科學有效的功能方法,為後續功能服務。『嫦娥三號』、『嫦娥四號』的核心任務是實現月面『軟著陸』和巡視探測,其大致組成包括由著陸器和巡視器組成的探測器系統,發射場系統和地面應用系統,其中探測器系統又所屬中國空間技術研究院研制,運載火箭由所屬中國運載火箭技術研究院研制。月球『軟著陸』的飛行過程大致是這樣,首先長征三號運載火箭直接將探測器送入第二轉移軌道,在五天左右第二轉移飛行過程中,要直行中途修正,到達地點時探測器首先減速進入環月軟軌道,然後等待合適的時機先降軌,再執行動力下降。動力下降過程大致分為如下幾個階段,首先探測器依靠自身發動機,把相對月面的速度從每秒1.7公裡降至零,然後把探測器調整為縱軸指向月面法相,再旋轉一段時間,進行月面識別,最後緩速下降到一定高度,關閉發動機,在月球重力作用下自由降落,完成月面『軟著陸』。針對著陸器需突破的關鍵技術主要包括,動力下降的GNC,『軟著陸』緩衝支架,便推力發動機和月面環境適用性等。針對突破月面感知、路徑規劃與控制,以及月面巡視地面遙操作等關鍵技術。
接下來簡要介紹一下正在論證的探月三期工程,探月三期工程的核心是完成無人月球表面采樣返回,具體而言,著陸到月面後將進行撞取和采取兩種方式的采樣,然後通過上昇、月地轉移和高速載人返回等一系列過程,將月球樣品返回地球,進行詳細的實驗分析。科學上探月三期工程將深化對月壤、月球形成演化的認識。技術上探月三期工程將突破月面采樣與風動技術、月面起飛上昇技術和地球大氣緩和技術等探測器系統關鍵技術,以及具有更大運載能力、全新無毒燃料的液體運載火箭技術。通過探月工程的實施,中國將掌握一系列探月關鍵技術,建立地面設施,培養人纔隊伍,為載人登月奠定一定的基礎。
下面介紹第二部分,關於中國未來深空探測發展設想與建議。人類為何要開展深空探測?我們認為,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。探索太陽系乃至整個宇宙的起源、發展和演化,是深空探測任務的永恆科學目標,深空探測對於激發人類的探索精神,促進新一代科研工作者的成長,推動深空資源的綜合開發利用和人類科技水平的持續發展至關重要。
中國航天科技集團作為承擔中國未來運載火箭和航天技術研究發展的核心企業,我們建議未來要重點突破深空探測器和運載火箭等一系列關鍵技術,提昇工程能力,滿足深空領域科學探測的需求。初步設想,未來深空探測有兩條主線,一是月球探測,包括無人和載人的月球探測。二是新一輪探測,建議未來深空探測發展分為三步走,第一步是實施探月二期工程,掌握無人大氣天氣的環繞著陸的技術,發展火星探測器,形成達到距地球約4億公裡遠的深空探測能力。第二步是實施探月三期工程,掌握月球無人取樣返回技術,發展火星『軟著陸』巡視探測器,掌握行星接力發行等關鍵技術,形成在距地球約4億公裡有大氣天氣的『軟著陸』和巡視能力。第三步是實施載人登月、火星無人采樣返回,掌握載人登月火星無人采樣返回等關鍵技術,使中國人的足跡第一次踏上意外天氣,形成無人采取樣返回和10億公裡遠無人探測能力。
在月球探測領域,中國航天科技集團公司在全力完成好探月工程既定目標的基礎上,實施開展無人月球普查和詳查任務,逐步建立無人值守的月球基地,在條件具備後實施載人登月,直至建立有人駐留的月球基地。雖然目前中國還沒有明確的載人登月計劃,但相關單位和科技人員正在進行論證,積極開展載人登月和建立月球基地的研究與探索。中國航天科技集團公司從運載火箭和載人登月飛船研制的角度,對載人登月的技術進行了研究,提出了兩種可能的技術方案。第一種是研制重型運載火箭,采取一到兩次發射和一次月球交匯對接。第二種基於現有技術能力,采用多次發射、多次地球軌道交匯對接和一次月球軌道交匯對接。以上兩種方案各有特點,目前還需要進一步論證。
在行星器探測方面,根據中國科學家的建議,無人行星探測的重點目標包括火星探測、巨行星的探測和小行星和彗星的探測。火星作為距離地球最近的內地行星,是開展行星器探測的首選目標,在實施探月工程的同時,中國航天科技集團公司將積極推動火星探測活動,預計明年將開展與俄羅斯聯合探測火星及環境的活動。同時將繼續開展火星軌道器的研究,對火星進行遙感探測。按照上述發展設想,中國開展星空探測的能力將逐步提昇,對於運載火箭而言,目前具有最大能力的長征三號乙發射第二軌道的能力不少於3噸,未來『行星大運載』將具備發射火星軌道運載能力,發射到木星的軌道能力將達到3噸以上。對探測器而言,從月球環繞探測起步,進而發展月球『軟著陸』與巡視探測,再發展月球無人采樣返回和近地行星『軟著陸』隨時探測,最後發展火星無人取樣返回和軀體巨行星及其衛星的探測,逐步形成對太陽系內有無大氣的各類天體多種形式的探測能力,最終可根據科學家提出的探測需求,開展任意形式的深空探測活動。
主席先生、女士們、先生們,以上簡短介紹了中國深空探測的現狀和未來發展的設想。當前,探月工程正在穩步推進,我們認為未來適度開展以火星探測為代表的無人行星器深空探測是發展的必然選擇,實施載人登月將是中國探月工程和載人航天工程後續合乎邏輯的發展。作為中國航天活動的核心企業,中國航天科技集團公司一直致力於與國際同行開展友好雙贏的雙邊與多邊合作,例如提供商業發展服務,聯合研制重大資源衛星,中俄雙星探測等任務,都取得了非常好的效果。在深空探測領域,我們非常願意與國際同行開展廣泛的技術交流與合作,為和平利用空間資源、探索宇宙奧秘、創造全人類更美好的明天而共同努力。謝謝大家!
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