中国月球探测计划浮出水下（下）

2001-08-06紫晓

航空知识 2001年7期

紫　晓

人类欲建“地球外的村庄”

纵观各国的月球计划,人类在21世纪的早期将有两个关于在月球上进行建设的计划,一个是建立月球观测站,另一个是建立永久月球基地。

在建立永久月球基地、进行大规模开发月球之前,科学家计划先建造一座月球观测站,对月球做进一步的了解,以便寻找出可建立月球永久基地的合适地域。

这个月球观测站极有可能建在月球表面远离地球的一边,因为在那儿仪器就不会被地球上的光及无线电波所干扰。人员将乘一种特殊的火箭运载器着陆,这种火箭运载器还是人在月球建站期间的生活住所。研究设备则包括探测、计量、记录有关月球、太阳活动和外层空间环境的各种装置。这些研究设备和建站所需的设备、材料,由特殊的机器人搬运。

由于条件所限,月球将给整个建造工作带来很大的影响。因为一个月球日相当于14个地球日,差不多是地球上的半个月。在此期间,月球都是白天,而剩下的日子却都是黑夜,月面上一片漆黑,进行建站工作几乎是不可能的。

建造好的月球观测站可供宇航员们短期居住。他们执行一次任务的时间一般不超过20天,也就是说往返于月球的行程得花6天时间,在月球上还有大约14个地球日可以用来工作。

月球观测站建成之后,科学家将进行光学天文学、射电天文学、地理学、生命科学的研究工作。此外,当宇航员对月球观测站造访时,他们也需要通过测试自己对月球环境的生理反应,积累和摸索在月球这样一个没有空气的环境中,究竟如何生活和工作的经验。同时,月球观测站对建立月球基地、开采月球矿藏以及对火星和其他行星的探测都是不可少的。因此,在21世纪初,这样的观测站将竖立在月球平原上。

建立永久月球基地,既是航天技术发展的结果,又是开发月球资源、建立月球工农业生产和星际飞行的需要。月球基地的设想很多,其中一种设计方案是一个圆顶形建筑物。基地内与外界完全封闭,温度可以控制,并且非常舒服,人在其中生活和工作就像在家里一样。基地内安装有各种各样的试验设备和仪器。为使室内有较大空间,有些设备将安装在邻近基地的地方,使用起来很方便。有的设备由于相互之间不能被干扰等原因,则要建在几公里以外。长期在这里工作的宇航员,最重要的工作之一是操作和维修这些设备。为使基地内有充分的电能,专门安装了大型太阳能发电装置和从地球运送去的密封核能装置。这些发电设备保证了宇航员在月球上用电就像在地球上一样方便。

围绕月球基地的建设,许多科学家展开了富有创意的设想。

1987年10月,在国际宇航科学院的一次会议上,来自50多个国家的近1000名科学家联名提议分四个阶段建造月球基地。第一阶段,建造一个月球轨道站。第二阶段,2003年～2005年建立月球实验室,6名宇航员来到月球,组建住人基地,在2006年～2010年基地将容纳30人。第三阶段,达到每年向高轨道航天器供给10吨产品的能力。第四阶段,2026年～2100年建成具有高度生产能力的月球基地。

据美国1996年10月21日至27日的《空间新闻》报道,日本月球和行星协会提出的建立月球基地的方案,打算依靠国际合作的方式,在30年内投资2.9万亿日元(约合261亿美元)建立一个有人的月球基地,包括建立食品和能源生产工厂。该月球基地建设计划分为四个阶段。第一阶段是在2005年对月球进行无人探测,主要是选择既平坦,又有充足阳光和水的最佳地点。2006年～2016年为第二阶段,主要是建造并运行无人系统。2017年～2023年为第三阶段,主要是建造有人系统。2024年以后为第四阶段。这时的基地为有人系统,每隔6个月向月球运送3名宇航员,每批宇航员在月球上生活一年。

还有的科学家设想,在建立月球基地以后,逐步建立月球工厂。该月球工厂的使用寿命是30年,在此期间主要从事采矿业,同时大量生产产品。这些产品既供自身使用,也向地球输出。运输这些产品的大型航天运载器在月球就地生产并加注燃料。维持月球基地的大部分经费都由出售月球产品和为客户提供服务所获得的收益来支付。经过逐步发展,再建立月球居民区。月球居民将从最初的50人增加到2000人,有多艘小型航天运载器来往于地球与月球之间。航天燃料、生产原料和人的大部分生活必需品都能就地解决。

还有一些科学家提出,在人类到月球居住之前,首先在月面上建立一个前哨站。这个前哨站包括运输机械、材料加工厂和制造车间。这些设施和装备将通过加工月球上的原料,制造出各种材料。有了这些材料便能生产出更多的运输机械和建造更多的材料加工厂、制造车间,以此循环,扩大前哨站的规模和生产能力。此后,建立科研基地、实验室、医疗中心和火箭燃料生产工厂,进一步探测和开发月球资源,发展各种制造业,合成空气和水,种植植物和养殖动物,建立人工密闭生态系统。科学家预计,在2020年～2030年可以建成这种初级的月球基地。

科学家认为,在建造月球基地的过程中,地球和月球之间的交通将变得繁忙起来,采用一种航天运载器在地球与月球之间直飞是不合算的,因为航天运载器在加速和减速过程中要消耗大量能源。而且,大部分时间在真空中飞行的航天运载器,通过地球大气层时其复杂设备完全用不着。因此,月球运输可以采取分段接力的方法进行,即运载货物和人的航天运载器从地球出发,飞抵近地轨道的航天港,在那里由转运航天运载器接替,飞向月球轨道的航天港,最后由登月舱接替,飞向月球基地。从月球返回地球的程序则相反。

建造“地球外的村庄”,是开发月球资源的基础工程。与初期月球探测相比,21世纪的月球探测目标更明确,规模更宏大,参加的国家更多,并将广泛开展国际合作。

尽管建设月球基地和实现月球定居困难重重,但是,我们完全有理由相信,随着时间的推移和航天科学技术的进步,这些困难终将都是可以解决的。人类必将以新的态势重新踏上月球,并在那片神秘的土地上居住和工作。

上九天揽月,中国打造航天大国

月球探测是航天技术的一个重要领域,一直受到各航天国家的重视,我国同样有决心而且有能力在这一领域有所作为。

在国际上“重返月球”的呼声中,我国不少专家呼吁尽快启动月球计划,适度开展月球探测活动,成为名副其实的航天大国。这些专家认为,开展月球探测,加入“探测月球国家”的行列,可以提高我国的国际地位,增强中华民族的凝聚力,有助于维护我国在国际外层空间事务和在未来开发月球中的权益,还可以促进航天技术和其它高新技术的发展,进一步推进我国在航天领域的国际合作。

月球是没有国界的星球,一些先进国家都想早日捷足先登,跑马圈地式地在月球上占据一块属于自己的地盘。1984年联合国通过的《月球协议》规定,月球及其资源是人类的共同财产,任何国家、团体和个人都不得据为己有。实际上,探测月球是真正实力的较量,先登先得仍然是不争的事实。如果我国不开展月球探测,并取得一些成果,那么,我国不仅在国际论坛上讨论分享月球开发权益问题时,不可能有更大的发言权,而且在外层空间事务和空间开发上的权益也得不到有效的维护。为此,富有远见的中国科学家迫切期望早日启动月球计划,否则就要落后,犯下历史性的错误。

我国专家认为,我国开展月球探测的条件已经成熟。在航天运载器方面,据“长征三号”运载火箭总设计师、中国运载火箭技术研究院龙乐豪研究员认为,目前中国的“长征三号”运载火箭已经具备将1.5吨～3吨的探测器送入月球轨道的能力。测控方面,在现有测控网的基础上,再研制出直径60～70米的地面主控站,就可以满足月球探测的测控和通信需要。在轨道管理方面,几十年来,我国曾经研制和发射成功了多颗用于空间环境探测和空间遥感的卫星,积累了丰富的航天器在轨运行的管理经验。在探测器的研制方面,我国多年来在研制卫星的工程中,开展了“通用化、系列化、组合化”的工作,已经建立了四种卫星公用平台,使航天器的研制水平及可靠性都得到了很大提高。可以说,在“实践五号”现代小卫星和“东方红三号”通信卫星公用平台的基础上稍加改动,并配备有效载荷,就可以提供低成本、高可靠性的月球探测器平台。

“东方红三号”卫星是我国自行研制的新一代通信卫星,于1986年开始设计时就瞄准了当时80年代国际先进水平。尽管在通信频段和转发器数量上与先进国家的卫星有一定差距,但其分系统、单项性能和技术,如某些通信性能指标、全三轴姿态稳定技术、双组元统一推进系统、碳纤维复合材料结构等,与先进国家所采用的方案与技术相符。1994年11月30日,第一颗“东方红三号”卫星发射进入地球同步轨道,因燃料泄漏故障未能定点。1997年5月12日,在西昌卫星发射中心,第二颗“东方红三号”卫星由“长征三号甲”运载火箭发射。卫星经三次轨道转移,于5月20日定点于东径125度赤道上空。

“东方红三号”卫星的研制和发射成功,标志着我国通信卫星技术跨上了一个新台阶,卫星采用的许多先进技术和成果为我国研制更先进的卫星打下了坚实的基础。该卫星有6个16W中功率转发器和18个8W低功率转发器,共24个C波段通信转发器,通信业务包括电视传输、电话、电报、传真和数据传输。卫星由通信、结构、电源、姿态和轨道控制、推进、热控和测控等7个分系统组成。卫星采用三轴稳定控制和双组元统一推进系统,太阳能电池阵和通信天线在地球转移轨道展开。卫星本体构形为六面体。结构按分舱段设计,分为通信舱、推进舱和服务舱。分舱段设计有利于各舱段并行总装测试。卫星干重946公斤,星本体长和宽2.2米、高1.7米,太阳能电池阵展开后卫星跨度约18米,天线展开后卫星高度约5.7米,工作寿命8年。

2000年11月22日,中国政府发表的《中国的航天》白皮书向世界宣布:中国在今后十年内将开展以月球探测为主的深空探测领域的预先研究,标志着中国的月球探测计划正式启动。2000年11月在北京举行了国际航天展,出现在军事博物馆展位上的中国登月沙盘,引来了无数国人新奇的目光。人造地球卫星、载人飞船和深空探测作为人类航天活动的三大领域,我国已经在前两个领域作出了很大成就。今天,我国政府决心抓住国际上21世纪的月球计划正处在起步阶段的大好时机,开展月球探测,从而走出深空探测的第一步,填补我国在深空探测领域的空白,使我国成为名副其实的航天大国。

早在几年前,中国国家航天局和中国科学院调集了大批专家,进行月球探测的研究工作。数个专家组分别对我国月球探测长远规划、首次月球探测科学目标、有效载荷、运载发射和工程实施等相关技术进行了研究论证。目前,已完成了关于开展月球探测的必要性和可行性等方面的论证,不少方案已经通过专家论证。据业内专家透露,中国月球探测的首要目标是对月球表面进行全方位、整体性的综合遥感探测,从中选出有关键意义的月球区域,在此基础上发射月球车软着陆,进行深入探测。其目的是为建立月球基地选择地址,下一步则是建立月球基地。为此,我国专家提出,我国的月球探测可以分为四个阶段。第一阶段:在2005年以前发射月球资源探测器,分别采取绕飞、击中月球表面和环月飞行的方法,对月球进行拍照,了解和掌握月球的环境、能源等资源的分布情况和分布规律,获取月球表面地形图。第二阶段:在2010年前发射月球探测器在月球软着陆,在试验月球软着陆技术的同时,对月球进行探测,为进一步月球研究打下基础。第三阶段:在2020年以前,通过使用月球车、空间智能机器人等进行现场探测,确定月面土壤成分,为载人登月飞行和建立月球前哨站提供数据。第四阶段:在2030年以前,发射小型采样返回舱、月面钻岩机和月球机器人等,采集有关样品;将这些样品送回地面进行研究,为载人登月和将来月球基地的选址提供有关数据。

在人类登月的过程中,月球机器人是登月前期的关键设备。据报道,在清华大学的一间实验室里,我国的机器人专家正带领他的研究小组夜以继日地工作着,他们建立的“机器人遥控操作系统”已经初具规模。在模拟实验中,科学家在地面发射指令,机器人就可以按指令在月球上从事各种工作。

地球到月球有38万公里,探测器大约需要飞行3～5天,能否实现探测器可靠的姿态和轨道控制,使探测器对准太阳或某颗恒星,并按预定轨道飞行;能否有效地接收探测器发回的信号,并实施对探测器的指挥和调整;能否保证探测器上的有效载荷经受长途飞行和月球环境的考验,完成预定的任务?这些都将成为我国月球探测成功与否的关键问题。目前,中国科学院和中国航天界的一大批踌躇满志的专家,正在为攻克月球探测的关键技术而日夜不停地劳顿。许多难关已经攻克,中国人通向月球之路已经不再遥远。而在突破了无人探测器技术和载人登月技术之后,龙的传人探望月宫的日子也将不再遥远。