嫦娥家族新使命

2004年,中国正式开展月球探测工程,并命名为“嫦娥工程”。目前,已经发射了嫦娥一号、二号和三号。嫦娥一号完成了我国探测器的首次奔月,嫦娥二号是嫦娥一号的备份星,同属探月一期工程,但完成了更多的科学任务。嫦娥三号任务是我国探月工程“绕、落、回”三步走中的第二步,也是承前启后的关键一步,它实现了我国航天器首次在地外天体软着陆。

按照规划,今年年底,我国将发射嫦娥五号探测器,实现区域软着陆及采样返回,而明年前后将发射嫦娥四号探测器,有望实现人类探测器在月球背面首次软着陆,并开展原位和巡视探测,以及实现地月L2点的中继通信。未来,我国还将于2020年左右发射嫦娥六号等月球探测器,实现月球极区采样返回。

为何嫦娥四号会在嫦娥五号之后发射,而不是按顺序来呢?原来,嫦娥四号其实是嫦娥三号的备份星,而由于嫦娥三号任务圆满完成,嫦娥四号进行了适应性改装,其目标也变为了实现人类探测器在月球背面首次软着陆。嫦娥五号则是是中国首个实施无人月面取样返回的航天器,将完成月面取样返回任务,是整个探月工程中最为关键的探测器。嫦娥六号同样会进行采样返回,不过面向的是月球极地区域。

嫦娥五号:实现月球软着陆以及采样返回

今年12月前后发射嫦娥五号探测器,实现月球软着陆以及采样返回。这意味着我国探月工程“绕、落、回”三步走的最后一步即将完成。

嫦娥五号包括轨道器、返回器、上升器、着陆器四部分。到达月球轨道后,轨道器和返回器绕月飞行,着陆器和上升器在月面降落。着陆器用所搭载的采样装置完成月面采样后,装入上升器所携带的容器里。

随后,上升器从月面起飞,与轨道器、返回器组成的组合体进行交会对接,把采集的样品转移到返回器,而后上升器完成使命,与组合体分离。轨道器、返回器组合体接过样品回家的“接力棒”,飞向地球,在距离地面几千公里时,轨道器与返回器分离,由返回器跑完“最后一棒”,返回地面。

嫦娥五号重达8.2吨,如此庞大的质量和飞行距离将只能由我国目前推力最大的我国新一代大型运载火箭——长征五号发射。此次任务有望实现我国开展航天活动以来的四个“首次”:首次在月球表面自动采样;首次从月面起飞;首次在38万公里外的月球轨道上进行无人交会对接;首次携带月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

嫦娥五号将是一项十分复杂和艰巨的任务。以往我国卫星再入返回,都是在第一宇宙速度之下完成的。而在以第二宇宙速度再入返回地球时,一方面,更快的速度需要更复杂的控制系统,而且因其与大气剧烈摩擦程度加大,表面温度也更高。虽然这次飞行风险很大,不过科学家们早有准备。2014年发射的嫦娥五号飞行试验器,就是为了验证这一系列问题。

嫦娥四号:探索月球背面之谜

嫦娥四号登月探测器,简称“四号星”,是嫦娥三号的备份星。着陆月球表面,将更深层次、更加全面地科学探测月球地质、资源等方面的信息,完善月球的档案资料。由于嫦娥三号已经圆满完成任务,嫦娥四号可能会进行适应性改装。嫦娥四号任务已经探月工程重大专项领导小组审议通过,正式开始实施,预计明年发射。

嫦娥四号将由长征三号乙运载火箭发射,实现月球软着陆和巡视探测任务。在科学技术方面,二期工程将实现四个第一:研制并发射我国第一个地外天体着陆探测器和巡视探测器;第一次利用长征三号乙运载火箭发射地月转移轨道航天器;第一次建立和使用深空测控网进行测控通信;第一次实现月球软着陆、月面巡视、月夜生存等重大突破,开展月表地形地貌与地质构造、矿物组成和化学成分、月球内部结构、地月空间与月表环境等探测活动,建成基本配套的月球探测工程系统。

由于无法从地球上直接观测到月球背面,月球背面显得十分神秘。由于月球的天平动效应,月盘边缘区域有时候会露出一点点侧背,总体上,从地球上可以观测到整个月球表面的59%。

对天文学研究而言,月球背面是一片难得的宁静之地。射电观测(接收遥远天体发出的射电辐射)是研究天体(包括太阳、行星及太阳系外天体)的重要手段之一,但由于这些天体距离遥远,电磁信号十分微弱,在地球上,日常生产生活的电磁环境会对射电天文观测产生显著干扰。因此天文学家一直希望找到一片完全宁静的地区,监听来自宇宙深处的微弱电磁信号。

而月球背面屏蔽了来自地球的各种无线电干扰信号,因而可以监测到地面和地球附近的太空无法分辨的电磁信号,将为研究恒星起源和星云演化提供重要资料。

除此之外,月球背面更为古老,保留着更为原始的状态,具有不同于月球正面的地质构造,对研究月球和地球的早期历史具有重要价值。而地球上经历了多次沧海桑田,早期地质历史的痕迹早已消失殆尽,我们只能寄望于从月球上仍保存完好的地质记录中挖掘地球的早期历史。

嫦娥六号:勇闯极区

由于特殊的地理条件,月球的南北极区存在大面积的永久阴影区,因此一直以来备受国内外学者的重视。正是由于特殊的地理位置导致了其特殊的环境,使得月球极区的探测显得更具挑战性。

嫦娥一号探测器曾携带三线阵CCD立体相机,完成了目前覆盖最全、图像质量最好、定位精度最高的全月球影像,而针对两极地区也有详细的拍摄。美国的“月球勘探者”号无人驾驶探测器发回的初步数据显示,月球上存在水的可能性很大,这些水在月球上是以冰冻形式出现的。

值得庆幸的是,探测的结果中确实在月球的南北两极发现了显示水分子“特征”的数据信号。科学家指出水分子或许并不完全集中在月球极地的冰层中,恐怕还存在于许多该区域由陨石撞击留下的陨石坑内。此外还有很多关于月球以及整个太阳系的秘密,恐怕只有等待嫦娥六号从月球极区带回标本才能揭开。

月球尚有很多未解之谜,嫦娥家族后续任务将如同高空走钢丝般惊心动魄。同时,探月工程也是我国由航天大国向航天强国迈进的标志性和带动性工程,嫦娥家族将如何演绎自身使命,让我们拭目以待!

(本文来源:太空梦想)

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