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从嫦娥一号到嫦娥五号的环月之行

2020-03-23 1051 上传者：管理员

摘要：嫦娥探月寄托着中华民族的美好愿望和浪漫遐想，中国航天人面临没有经验和参考数据的困难，永往直前，不断开拓，在月球探测的事业上走出了属于中国人自己的道路。

关键词：
嫦娥二号
小行星
探月工程
月球探测卫星
月球探测器
月球表面
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月球，即为我们熟悉的月亮，古时又称太阴、玄兔、婵娟、玉盘，是地球唯一的一颗天然卫星，直径大约是地球的1/4，质量大约是地球的1/81。自古以来，有关月球的传说不胜枚举，尤其是嫦娥奔月的故事最为人知。古代的文人墨客也留下了大量的关于月亮的诗篇，如“明月几时有？把酒问青天”、“峨嵋山月半轮秋，影入平羌江水流”等。关于月球的起源众说纷纭，莫衷一是，目前最广为接受的是“大碰撞”假说，其认为在45亿年前，一颗像火星般大小的天体“忒伊亚”，以某个倾斜角撞击到地球，撞击的结果是“忒伊亚”的铁核沉入了年轻地球的核心，其余物质为地球的地幔所俘获。然而，仍有很大一部分“忒伊亚”与地幔因为碰撞而被抛出，进入环绕地球的轨道，这些物质很快地吸积合并，最终形成了月球。

发射人造地球卫星、载人航天和深空探测是人类航天活动的三大领域。而重返月球、开发月球资源和建立月球基地已成为世界航天活动的必然趋势和竞争热点。开展月球探测工作是我国迈出深空探测第一步的重大举措。实现月球探测是我国航天深空探测零的突破，月球已成为未来航天大国争夺战略资源的焦点。月球具有可供人类开发和利用的各种独特资源，月球上特有的矿产和能源，是对地球资源的重要补充和储备，将对人类社会的可持续发展产生深远影响。“嫦娥姐妹”走出中国探月之路中国探月工程是我国对月球进行自主探索和勘察的系统工程。国务院正式批准绕月探测工程立项后，绕月探测工程领导小组将工程命名为“嫦娥工程”，并将第一颗绕月卫星命名为“嫦娥一号”。中国探月工程包括“绕”、“落”、“回”三步走战略，最终计划在月球建立研究基地。

中国月球探测项目的科学总目标为获取月球表面三维立体影像，分析月球表面有用元素及物质类型的含量和分布，测量月壤厚度和评估氦-3资源量，以及地-月空间环境探测。

“嫦娥一号”月球探测卫星于2007年10月24日在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空。“嫦娥一号”月球探测卫星运行在距月球表面200千米的圆形极轨道上执行科学探测任务，有四大科学目标：一是绘制全月球的三维立体地图；二是探测月球的物质成分；三是探测月壤特性；四是探测地球与月球间的太空环境。

2010年10月1日18时59分57秒，搭载着“嫦娥二号”月球探测卫星的“长征三号丙”运载火箭在西昌卫星发射中心成功点火发射。“嫦娥二号”月球探测卫星上搭载的CCD照相机的分辨率更高，其他探测设备也有所改进，其主要任务是获得更清晰、更详细的月球表面影像数据和月球极区表面数据，为“嫦娥三号”月球探测卫星实现月球软着陆进行部分关键技术试验，并对“嫦娥三号”月球探测卫星着陆区进行高精度成像。

2012年12月13日，我国第2颗月球探测器继圆满完成探月先导技术验证既定任务和日-地L2点试验任务之后，在距地球约700万千米远的深空，精确实现了与4179号小行星图塔蒂斯的近距离飞越探测，成为人类历史上首次近距离造访该小行星的探测器，并且第一次获得了其高分辨率的光学图像。我国科学家利用“嫦娥二号”月球探测卫星所获取到的探测数据并结合地基雷达资料，通过建立合理的动力学模型，较精确地给出了4179号小行星图塔蒂斯自转轴在空间的指向，并阐明了其自转轴与角动量轴之间的较大夹角导致该小行星在空间中“翻跟头”。科学家们发现4179号小行星图塔蒂斯表面碎石经历了较高程度的碎裂化过程，大部分碎石不是撞击过程产生的，而是来源于早期4179号小行星图塔蒂斯的母体形成时的残留碎片，由此得出其表面的撞击坑保留年龄约为16亿年的推论。他们新发现了4179号小行星图塔蒂斯在地球潮汐效应影响下的一种低速碰撞形成机制，并且给出了延长型接触双小行星形状形成的一种新解释。有关研究结果对该小行星形成与演化具有重要的科学意义。

“嫦娥三号”任务是我国探月工程“绕、落、回”三步走中的第二步，也是具有承前启后性作用的关键一步。2013年12月2日1时30分，“嫦娥三号”探测器在西昌卫星发射中心发射。“嫦娥三号”探测器携“玉兔号”月球车首次实现了月球软着落和月面巡视勘察，并开展了月表形貌与地质构造调查等科学探测，取得了丰硕的科研成果，其中包括完成了首幅月球地质剖面图，完成了首次天体普查，首次证明了月球没有水，首次获得了地球等离子体层图像。基于“嫦娥三号”探测器的探测数据，揭示了月表的真实太空风化与月球近红外热特征，揭示了月球演化规律。

“嫦娥四号”探测器是“嫦娥三号”探测器的备份星。“嫦娥四号”被设定的着陆点是位于月球背面南极–艾特肯(SPA)盆地内的冯卡门撞击坑。SPA盆地是一个直径达到2500千米，最深处超过13千米的超级大盆地。这是月球上已知最大、最深、最古老的撞击盆地。事实上，SPA盆地被认为很可能是整个太阳系内最大、最古老的撞击盆地，这里保存了原始月壳的岩石，具有极高的科研价值。冯卡门撞击坑位于SPA盆地的中部，直径约186千米，深度约3千米。该撞击坑是SPA盆地中典型地貌类型，物质成分和地质年代具有明显的代表性。撞击坑内的钍、氧化铁、二氧化钛等含量均较高，同时物质组成的异常空间分布可能提供该地区火山活动及月壳活动线索，有利于开展月壳活动研究，并对研究月幔玄武岩起源有着重要意义。SPA盆地底部有些区域为永久阴影区，无法见到阳光，可能具有大量的水冰，为未来人类开发月球的理想之地。

嫦娥四号”探测器通过低频射电频谱仪、测月雷达、中性原子分析仪等科学载荷，探测和研究月表和月表以下的浅层区域，有利于揭示着陆区附近月壤的厚度与月壳浅层结构以及矿物成分等，进而了解月球的演化历史。2019年5月16日，中国科学院国家天文台宣布，由该台研究员李春来领导的研究团队利用“嫦娥四号”探测器所获取到的探测数据，证明了月球背面南极-艾特肯盆地存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质。

探月工程“三步走”即将收官根据中国探月工程“绕”、“落”、“回”三步走的战略，探月工程三期主要实现采样返回，其主要任务由“嫦娥五号”月球探测器承担。“嫦娥五号”探测器的科学总目标是对着陆区进行现场调查和分析，以及月球样品返回地球以后的分析与研究。

“嫦娥五号”探测器的第一个科学目标是开展着陆点区的形貌探测和地质背景勘察，获取与月球样品相关的现场分析数据，建立现场探测数据与实验室分析数据之间的联系。这其中主要包括着陆区的地形地貌探测、采样点周围形貌与结构构造特征和撞击坑的形貌、大小等。同时，还将进行采样点的物质成分特征、月壤物理特性与结构和月壳浅层的温度梯度探测等物质成分的探测。

“嫦娥五号”探测器的第二个科学目标是对返回地面的月球样品进行系统、长期的实验室研究，分析月壤与月岩的物理特性与结构构造、矿物与化学组成、微量元素与同位素组成、月球岩石形成与演化过程的同位素年龄测定、宇宙辐射与太阳风离子及月球的相互作用、太空风化过程与环境演化过程等，深化月球成因和演化历史的研究。2019年1月14日，国家航天局副局长、探月工程副总指挥吴艳华表示，2019年底前后将发射“嫦娥五号”探测器。

星空浩瀚无比，太空探索永无止境。我国的探月工程是为人类和平利用月球迈出的新的一步，也是人类开拓外太空新疆域旅程中一座重要的里程碑。随着我国深空探测后续任务的不断深入开展,围绕太阳系起源与演化、小行星安全防御及地外宜居环境与生命信息探寻等重大科学问题也将开展研究,有望取得具有国际影响力的成果。

季江徽,蒋云.“嫦娥姐妹”的探月之旅[J].科学24小时,2019(10):11-14.