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人類探月那些事兒:一百多個探測器成敗各半
2018-11-29 07:20:00 來源: 科技日報
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  中國國家航天局有關人士在11月舉行的亞太空間合作組織大會期間透露,嫦娥四號月球探測器計劃于12月初發射。國防科工局探月與航天工程中心主任劉繼忠此前曾表示,嫦娥四號任務有望實現人類探測器首次造訪月球背面,首次實現人類航天器在地月L2點對地對月中繼通信,或將獲得一批重大原創性科學研究成果。

  月球是距離地球最近的天體,也是人類開展深空探測活動的第一站。全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩向科技日報記者介紹,1959年至2017年年底,人類共發射132個月球探測器,其中美國60個,蘇聯64個,中國4個,日本2個,歐洲1個,印度1個,成功率約為50%。

  蘇聯拉開人類探月序幕

  1959年1月2日,蘇聯經歷了“月球計劃”三次任務失敗後,終于成功發射“月球一號”,拉開了人類探月的序幕,同時也在美蘇探月競爭中佔得了先機。

  2天後,“月球一號”從大約6000公裏外掠過月球,成為人類首個飛越月球的探測器。此後它以450天為周期圍繞太陽公轉,變成了一顆人造行星。

  同年9月12日,蘇聯發射了“月球二號”,飛行2天後撞擊月球,成為世界首個在月球表面硬著陸的航天器。10月4日,“月球三號”升空,3天後傳回了月球背面的照片,覆蓋了月球背面約70%的面積。

  到1976年,蘇聯先後發射了24個“月球”係列探測器,開展了巡視探測、採樣返回等活動。此外還發射過“宇宙”“探測器”係列月球探測器。

  除了多次無人探月活動,蘇聯于1962年啟動了載人繞月/登月計劃,打算在1967年實現載人繞月飛行、1968年將航天員送上月球。

  不過,自從1961年航天員加加林進入太空後,蘇聯的航天技術發展開始有些力不從心。至1965年,雖然他們完成了多次月球探測任務,獲取了大量月球照片和資料,但用于登月的飛船和火箭係統研制進展緩慢。

  1967年,航天員弗拉迪米爾·科馬洛夫獨自乘坐“聯盟一號”飛船,完成了一天一夜的太空飛行。然而4月24日,飛船出現了一係列故障。據資料顯示,當時飛船右側太陽能電池陣不能工作、無線電短波發射器無法使用、飛船姿態失控。在緊急自動返回失敗後,飛船只能用危險的緊急彈道手動強制返回。由于姿態不正,飛船的主降落傘和備用降落傘纏繞在一起無法打開,最終以每秒上百米的速度墜毀,科馬洛夫悲壯犧牲。

  1968年,探月競爭進入白熱化,蘇聯連續發射“聯盟二號”“聯盟三號”以及“探測器五號”“探測器六號”,以求挽回局面。但到了1969年,其發射的月球車升空後爆炸、N-1火箭首飛墜毀、月表樣本採集探測器發射失敗,一連串慘痛失利,讓蘇聯的登月計劃遭受重創。

  美國 後發先至登上月球

  在這場探月競賽早期,美國一直處于下風。先後實施過“先驅者”“徘徊者”“勘察者”“月球軌道器”“探險者”等探月計劃,到阿波羅計劃實現載人登月時,美國完成了對蘇聯的反超。

  1961年5月25日,時任美國總統肯尼迪向世界宣布,美國要用10年時間,實施雄偉的阿波羅載人登月計劃。這一決定給美國此前緩慢推進的航天發展帶來了強大激勵。

  1962年,美國國家航空航天局(NASA)完成了“土星”重型火箭的設計,並對登月軌道進行了研究。1965年至1966年,美國從“雙子座”載人飛行、“勘察者”計劃、“月球軌道器”計劃中掌握了載人空間飛行、空間對接、軌道機動、月面登陸等關鍵技術,為登月儲備了大量數據。1968年,“阿波羅8號”完成首次繞月飛行;1969年,“阿波羅10號”完成載人登月前的最後一次載人飛行任務。

  1969年,在蘇聯連射連敗的哀樂聲中,“阿波羅11號”飛船迎來了發射倒計時。美國東部時間7月20日22時56分,航天員阿姆斯特朗爬下“阿波羅11號”的舷梯,用腳上的九號半靴子在月球表面踩下了深深印記。他説出了那句人類航天史上的名言:“對個人來説這是一小步,但對人類來説這是巨大的飛躍。”

  阿波羅計劃也並非一帆風順,1970年發射的“阿波羅13號”飛船就遭遇了意外。4月11日,航天員吉姆·洛威爾、傑克·斯威格特、弗萊德·海斯搭乘該飛船升空,第二天服務艙發生爆炸,造成水、氧氣外泄,同時損壞了電池組及二氧化碳過濾設備。地面指揮中心命令飛行乘組放棄登月,轉移到沒有受損的登月艙,繞到月球背面利用彈弓效應返回。這次事件中,數以萬計的科學家自發投身于拯救行動中,幫助航天員解決了一道道難題,最終使飛船濺落于南太平洋,創造了航天史上的一次偉大奇跡。

  從1969年到1972年,美國共完成6次載人登月,將12名航天員送上月球,帶回了382公斤月球樣品,獲取了大量科學數據。

  龐之浩表示,在這場以政治目的為主、科學目的為輔的探月競爭中,蘇美兩國共發射上百個形態各異的月球探測器,掀起了人類首次探月高潮。雖然是以政治目的為主,但這場競爭也促進了航天技術發展,帶動了一係列新技術的創新與推廣應用,大大提高了人類對月球、地球和太陽係的認識,取得了劃時代的成就。

  日本 “探月俱樂部”第三個成員

  上世紀70年代中期,美蘇冷戰形勢逐漸緩和。蘇聯退出了載人登月競爭,美國也從狂熱中冷卻,停止了登月活動。

  “當時有一種説法:每發射一艘用于登月的‘土星五號’重型火箭,相當于燒掉一艘航空母艦。”中國航天科工二院研究員楊宇光告訴記者。

  龐之浩介紹,一枚“土星五號”火箭造價高達5億美元,一艘阿波羅登月飛船比等重黃金貴十多倍。阿波羅計劃歷時11年,耗資255億美元,為實施該計劃,NASA每年預算佔到美國政府總預算的4.5%左右,平均每個美國家庭要負擔400多美元。這讓美國承受了巨大的經濟壓力。

  由于這是一項“不惜代價”的工程,且技術難度極大,因此除了性價比低,其可靠性也不高,承擔著很大風險。楊宇光認為,該工程技術途徑比較冒進,一些設備冗余,從安全性角度來看十分冒險。

  因而在接近20年間,全世界進入了深入研究探月意義的冷靜思考階段。美蘇開始消化、分析已經獲取的月球探測資料,將相關技術向各領域轉化、推廣和應用,並加速研制新的空間往返運輸係統和高效探測裝備。計劃探月的國家或組織也在總結探月活動耗資大、效率低的經驗與教訓,尋找新的探測思路和戰略。

  這一時期,只有日本發射了一顆月球探測器,成為世界上第三個探測月球的國家。

  1990年1月24日,日本原宇宙科學研究所研制的“飛天號”探測器,攜帶一顆名為“造箭室”的小衛星發射升空。“造箭室”被釋放到繞月球飛行的軌道,但很快出現故障而失靈。“飛天號”則進入一條大橢圓地球軌道,在這條軌道上10次從月球附近飛過。最終“飛天號”進入了月球軌道,但並未繞月,而是在1993年4月10日受控墜毀在月面。

  這次試探性的任務,主要目的是幫助日本掌握空間探索和軌道控制技術,從探月角度來説並不成功。隨後日本啟動了新的探月計劃,試圖在1995年發射“月球-A”探測器。但由于著陸器難題遲遲未能破解,在倉庫中沉睡了10多年的“月球-A”嚴重老化,該計劃于2007年被取消。

  第二輪 探月高潮仍將繼續

  1994年1月25日,美國發射了“克萊門汀”探測器,獲得了當時最詳細的月球表面圖像,並發現月球南極可能存在大量水冰。這次任務也宣告了全球第二次探月高潮到來。

  1998年1月7日美國發射的“勘探者”月球探測器,再次證實月球上有水冰。它在壽命末期攜帶美國天文學家蘇梅克的骨灰,撞擊了月球南極一座環形山的內側山壁,以便將其遺願永留月球。遺憾的是,由于種種原因,這次撞擊後沒有觀測到水蒸氣。

  2003年9月27日,歐洲發射了首顆月球探測器“斯瑪特-1”。它是世界上首個正式應用太陽能電推進係統飛向月球的探測器。

  此前探月受挫的日本,于2007年9月14日發射了“月亮女神一號”探測器,並將這次任務稱為“阿波羅計劃後規模最大的月球探測工程”。“月亮女神一號”由1個主探測器和2個子探測器組成,一些儀器的探測精確度達到了以往同類儀器的10倍至100倍。

  于2008年10月22日升空的“月船一號”,標志著印度也躋身了“探月俱樂部”。該探測器除了對月球地質結構和礦物資源進行調查,還攜帶了一個月球撞擊探測裝置。探測器進入月球軌道後,該裝置以每秒75米的速度彈出,撞向月球,並不斷拍攝月面,為印度後續選擇月球車著陸位置積累資料。不過“月船一號”並未按計劃完成為期兩年的任務,而在2009年失聯。有趣的是,英國媒體2017年報道稱,已失聯8年的“月船一號”被發現仍在進行繞月飛行。

  2009年6月18日,美國一次發射了“月球勘測軌道器”和“月球坑觀測與感知衛星”。前者在距月面50公裏的圓軌道飛行,工作至今,其探測載荷分辨率優于1米,為目前世界最高。後者是世界首個專用撞擊式月球探測器,于2009年10月9日猛烈撞擊月面,確認月球上有不少水。

  2011年和2013年,美國先後發射了“月球重力恢復和內部實驗室”和“月球大氣和塵埃環境探測器”,其任務分別為精確測量月球重力場,以及分析月球稀薄的大氣組成、研究月面塵埃作用、了解未來探測活動可能對月球環境造成的影響等。完成使命後,它們均進行了撞擊式探測。

  未來幾年,人類還將開展多次月球探測活動。除了我國將要實施的嫦娥四號、嫦娥五號任務,印度計劃2019年發射“月船二號”,日本將發射“月球調查智能著陸器”,美國也宣稱要載人重返月球。可以預見,月球上將再次熱鬧起來。(記者 付毅飛)

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【糾錯】 責任編輯: 韓家慧
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