广寒宫、桂树、玉兔,嫦娥奔月……一轮明月带给中国人的,是美丽的传说、无限遐想。

中国探月工程为这千年不变的魅力情思,注入了科学探索的刚健力量——启动月球探测、成为月球国家,既是中国科学家宇宙探索的需要,也是中国维护月球权益,推动和平探索月球造福全人类的必由之路。

十年前,中国政府发布了《中国的航天》白皮书,第一次将“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”列入发展目标,而当时,全球第二轮探月高潮正在兴起。

“探月工程同以前我们所有的航天项目不同——这一次,我们离开了人类的地球摇篮,走向另外一个天体,这表明中国开始成为具备深空探测能力的国家。”中国探月工程高级顾问欧阳自远说:“而探测能力的提升,将大大推进科学的进步。”

在欧阳自远看来,探月工程对中国科学进步的推动至少可以体现在四个方面:“首先,它开启了月球科学在中国的建立,由此将提高我国科学家对太阳系起源演化认识的提高;第二,它开拓了人类开发利用地外资源的新前景;第三,它充实了我们对地观测科学的进步,同时也带动了一大批新型仪器的研制;第四,作为非常巨大的系统工程,探月工程将为我国系统工程管理积累丰富的经验。”

“科学家要不断认识世界,而航天技术的发展,为科学研究提供了更广阔的平台,把科学家的‘手’和‘眼睛’,直接送入太空。随着航天技术水平的不断提高,我们要有能力不断到月球上去,将来要到火星上去,甚至要到太阳系的任何一个角落。”中国探月工程高级顾问孙家栋说:“考虑到我们国家科技水平、综合国力和国家整体发展战略,2020年前,我们的月球探测工程以无人探测为主。就目前而言,我们的探月工程是第一步——认识月球”。

三步探月,“嫦娥”首访不辱使命

“绕”、“落”、“回”,是中国探月工程在2020年前设定的三大目标,并由此划分为三期阶段。

“绕”——2007年,嫦娥一号卫星首次实施中国人的绕月探测,是为一期工程;

“落”——嫦娥二号、三号、四号卫星陆续出发,在2013年前后,实现首次月球软着陆和自动巡视勘测并开展月基天文观测,是为二期工程；

“回”——2020年前进行首次月球样品自动取样,在现场分析取样的基础上,采集关键样品返回地球,是为三期工程。 

2007年10月24日,嫦娥一号发射升空。经过一系列精确转轨并实施近月制动后,于11月15日进入绕月轨道。在一年零四个月的飞行过程中,嫦娥一号发回大量科学数据,在超额、超预期完成任务后,于2009年3月1日受控撞月,在月球上首次留下了中国人的印记。由其发回照片制作而成的中国第一幅全月球影像图,也是迄今为止世界上已公布的最清晰、最完整的月球影像。

“虽然我们去月球很晚,但我们做出了一张全世界最好的月球全图。”孙家栋说,“嫦娥一号解决了我国航天工程向远距离延伸的技术,火箭能力、轨道计算、卫星深空飞行、还有整套仪器都经受住了考验。它的成功,证明了中国人具有深空探测的能力。通过对嫦娥一号获得的大量的科学数据的开发研究,科学家们获得了许多新的科学认识,目前已发表相关论文100多篇,今后还会更多。此外,通过这次任务,我国已经构建起一支包括月球科学、行星科学、太阳系探测在内的科学家队伍,这是非常非常难得的。”

“嫦娥一号初步实现了四个科学目标。”孙家栋详细解释说,“第一个是获得月球全图,这使我们能够全面地、比较仔细地了解月球表面的地形、地貌。第二个是探测了月球表面某些元素,通过对铀、钍、钾以及其他元素在月球表面的分布,可以推算月球的历史。第三个目标是世界上没人做过,而我们很想做一件事情——实测氦三在月壤中的储量。尽管美国阿波罗工程已经证明月壤里面有很多氦三,但究竟有多少呢?根据嫦娥一号发回的数据,我们估算可能有上百万吨。若利用氦三作为核聚变原料,每年全世界能源总需求也就100吨左右。如果能得到开发利用,可以在相当长的时间来确保地球能源需求。第四个科学目标,是探测月球附近包括太阳宇宙线、太阳风、各种粒子的能量变化等,这些都有助于科学家对2012年、2013年可能出现的‘太阳风暴’进行预报。同时,我们还发现了一些特殊的、很有价值的粒子应用的规律。”

嫦娥一号的亮相,可谓惊艳。

登陆月球,开启深空探测新梦想

嫦娥二号原是嫦娥一号的“备份星”,在嫦娥一号圆满完成任务的情况下,在保留部分原有设备,增添若干新设备之后,成为探月二期工程的先导星。作为嫦娥三号和嫦娥四号的“开路先锋”,它的任务是验证嫦娥三号任务的部分关键技术,为嫦娥三号、嫦娥四号积累落月经验。

初步验证深空测控体制、验证100公里月球轨道捕获技术、验证100km×15km轨道机动与快速测定轨技术、配置降落相机,校验其对月成像能力……所有嫦娥二号的努力,都是为未来嫦娥三号的月面软着陆奠定基础。其中最令普通公众感兴趣的,莫过于它将对嫦娥三号在月球的预选着陆区——“虹湾”地区进行优于1.5米分辨率的高清晰拍照。

而先于嫦娥二号华彩亮相的,将是长征三号丙运载火箭。与嫦娥一号几次变轨进入到地月转移轨道不同,这一次,“长三丙”将直接把卫星送入地月转移轨道。中国火箭系统专家已经做好准备迎接这一挑战。

“嫦娥二号现在整装待发。三号和四号正处于初样研制阶段。”中国探月工程总设计师吴伟仁说。由这3次任务组成的探月工程二期,将实现我国首次地外天体软着陆,使我国掌握深空探测和空间科学领域的核心技术,研制适应复杂月面环境的新型探测器,获得月球及地月空间的科学数据,同时建立较为完备的月球探测工程系统和相关基础设施,提升我国深空探测的系统集成能力。

“三期工程主要是要进行采样返回,而且是无人的。我们的实施方案已经得到中央批准。”吴伟仁透露说。科学家们已经勾勒出中国探月工程三期将实现的图景——发射月球采样返回器,软着陆在月球表面特定区域;着陆器携带探测仪器开展探测区月貌和物质调查,进行月基空间环境和空间天气探测,获取探测区的背景资料;选择合适地点进行钻孔采样和选择性机械臂采样;采样后返回舱在月面起飞,将月球样品运送回地球,供实验室作进一步的系统分析和研究……

“月球探测是中国深空探测的起点。”吴伟仁说,“在探月工程的基础上,它的一些技术,比如火箭技术,运载技术,探测技术,控制技术都有可能用于火星探测、金星探测。所以,在不远的将来,我们探测火星、金星是完全有可能的。”