中国探月工程的运筹决策与行动

　　深空探测是当今世界科技发展的前沿领域，具有很强的基础性、前瞻性、创新性和带动性，对于理解保护地球、探索生命起源、引领科技发展、培养尖端科技人才具有十分突出的作用。月球距离地球38万公里，是距离地球最近的天体，成为人类探索宇宙奥秘、向外层空间发展的理想基地和前哨站。从上个世纪末期以来，包括月球在内的深空探测活动倍受世界瞩目，美、俄、欧、日等航天大国纷纷制定航天计划，均将月球探测作为重点，人类迎来了月球探测的第二个高潮期。

　　二十世纪九十年代初，我国开始月球探测工程的有关论证，经过国内各方面专家十几年的工作，2003年，党中央、国务院根据世界科技发展趋势，着眼于我国科技事业的发展，审时度势，作出了实施绕月探测工程的战略性决策。国又将目光投向月球，2004年1月，以“嫦娥工程”命名的绕月探测工程正式启动，这标志着中华民族千年奔月之梦开始启程，“婵娟从此不寂寞，广寒期盼故乡人”。继发射人造地球卫星和突破载人航天之后，探月将成为我国向深空探测进军的起点。

　　月球探测工程运筹于科学殿堂，决策于高层领导。整个工程的决策过程凝聚了国内众多著名科学家的心血智慧，也充分显示了我国领导层在重大决策上，认真听取专家的咨询意见，以实现决策的科学化。工程论证的时间并不长，这表明，我国开展这项重大科技工程无论从国力、需求还是技术能力上都已水到渠成。除了战略决策研究外，一系列关键技术难点解决的技术途径，都分别由专业技术专家进行了详细论证。探月工程的决策及方案研究过程，是战略发展咨询的一个范例。

　　运 筹

　　综观历史，中国航天走的是第一条自主创新的跨越式的道路，无论是1970年发射第一颗人造地球卫星，还是2003年10月突破载人航天，中国人民都是以罕见的胆识，依靠自己的力量，完成了举世瞩目的壮举。但是，在航天科技的三大领域(卫星、载人航天和深空探测)中，深空探测一直是我国的一个空白。为此，我国的一批专家一直在跟踪国外的发展动向，并把月球探测作为深空探测的起点加以推动。

　　1991年，时任“863”计划航天领域首席科学家的闵桂荣院士提出了中国也要搞月球卫星的建议，并成立了“863月球探测课题组”。当时，载人航天工程正在如火如荼地开展论证工作，搞月球卫星的建议不可能激起很大的浪花，但它就像希望的火种在一批科学家心中开始点燃。

　　1995年，来自中国科学院地球化学所、空间科学应用中心和中国空间技术研究院的欧阳自远、叶自立、陈康文、褚桂柏和林文祝等专家经过一年的工作，完成了第一个较完整的月球探测可行性报告。他们通过分析国外月球探测活动发展状况，探讨了我国开展月球探测的必要性，提出我国月球探测的项目与任务，论述我国开展月球探测已具备的条件，提出开展月球探测发展阶段设想和第一阶段月球探测的科学目标，第一颗月球卫星的方案设想。他们在报告中写道：“我国在航天工业的三大领域中(卫星、载人航天、深空探测)一直到90年代还只发展了两个领域，深空探测仍属空白。开展月球探测活动不仅能壮国威，提高民族的凝聚力，了解月球、深化人类对地球、太阳系以及宇宙的起源与演化的研究和认识，而且月球上丰富的核聚变燃料氦-3将是各国未来解决能源危机必争的对象。

　　“我国已经掌握卫星技术、运载火箭技术、测控网技术和发射技术，我国有一支技术雄厚的卫星技术研制队伍和空间科学研究队伍。我们对月球探测器和月球科学跟踪研究了多年，因此，我国开展月球探测活动条件已经完全成熟。

　　“航天技术是一项投资高，风险大，影响深的产业，研究、探索和分析国外航天技术发展道路，总结我国几十年的航天发展经验，正确制定符合中国国情的深空探测技术发展战略方可避免决策失误。我们认为开展月球探测活动，必须开展月球探测活动的发展战略研究，制定发展规划，技术上只能走循序渐进的发展道路。”

　　这一课题组的论证工作得到了863专家委员会首席科学家闵桂荣和王大珩、陈芳允、王永志、孙家栋、杨家墀、王希季、屠善澄及陈述彭等十几位院士的肯定。

　　1997年4月7日，中国科学院三位院士杨嘉墀、王大珩、陈芳允发表了《我国月球探测技术发展的建议》。

　　1998年，新成立的国防科工委开始组织探月工程的规划论证。，

　　2000年11月22日，我国政府首次公布航天白皮书——《中国的航天》，确定了在深空探测方面将开展以月球探测为主的预先研究。

　　2000-2003，国防科工委组织了我国月球探测工程的综合立项论证，开展了我国月球探测卫星的科学目标与有效载荷配置的研究及我国月球探测关键技术研究，提出了我国月球探测工程分三期实施“绕”(绕月探测)、“落”(月面软着陆探测)、“回”(月球采样返回)的总体思路和第一期绕月探测工程方案。

　　决 策

　　2002年10月17日，国务院第三次会议上朱镕基总理批示要抓紧探月工程的论证工作。

　　2003年2月28日，国防科工委召开月球探测工程筹备动员会，正式启动月球探测工程前期工作。

　　2003年9月，国家批准实施绕月探测工程，由国防科工委负责组织实施，并将二、三期工程纳入国家中长期科技发展规划。

　　2004年1月23日，温家宝总理批准绕月探测工程立项。

　　2004年2月19日，国务院批准成立由国防科工委任组长单位，国家发展与改革委员会、科学技术部、财政部、总装备部、中国科学院、航天科技集团公司等单位参加的绕月探测工程领导小组。

　　2004年2月25日，国防科工委组织召开了绕月探测工程领导小组第一次会议，建立了工程的组织指挥体系，确定了研制总要求，并将月球探测工程命名为“嫦娥工程”。预计我国的第一颗月球探测卫星-----嫦娥一号将于2007年前后发射升空，实现环月飞行。

　　目 标

　　绕月探测工程由月球探测卫星、运载火箭、发射场系统、测控系统和地面应用系统五大部分组成，这个综合性工程系统将使用中国自己的技术、自己的产品、自己的设计、自己的条件完成。绕月探测卫星将在东方红三号卫星平台上做适应性改进研制，上面安装由中国科学院研制的7种探月专用仪器；运载火箭将选用长征三号甲火箭进行改进，发射场选择在西昌卫星发射中心；卫星测控任务则由我国卫星测控网和甚长基线干涉仪天文测量系统联合承担，地面应用系统是在我国现有天文观测数据接收天线系统适应性改造基础上，建设绕月探测数据接收、处理、应用研究系统。

　　认识一个天体，好比到一个新区去看房，要看房子周围地形、看是否有山有水。月球探测也一样，要认识月球的地形地貌，要看它上面有什么资源，要看它是否适合我们居住。中国探月工程已比美俄两国晚了40多年。除了这两个航天强国外，日本和欧洲等也都已进行了月球探测活动。这些就决定了我国不能完全重复其他国家已做过的工作，必须具有一些特色和新意。

　　我国的科学家为“嫦娥一号”卫星精选了四个科学任务也就是四大科学目标，从中可看出许多新意。

　　第一大目标是获取月球表面三维立体影像，精细划分月球表面的基本构造和地貌单元，进行月球表面撞击坑形态、大小、分布、密度等的研究，虽然别的国家已做过类似工作，但已得到的图像中还存在很多空白区，而中国为月球画像则要完全覆盖月球，包括人类探月活动从没涉足的南北极部分区域。

　　第二大目标是分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点，主要是勘察月球表面有开发利用价值的钛、铁等14种元素的含量和分布，绘制各元素的全月球分布图，月球岩石、矿物和地质学专题图等，评估月球矿产资源的开发利用前景等；此前美国曾对月球上5种有用元素：铁、钛、铀、钍、钾做过分布规律与含量的探测，这次中国探月活动将元素探测范围扩大到14种元素，将对月球的一些有用资源进行更为全面的前景评估。

　　第三大目标是探测月壤厚度，即利用微波辐射技术，探测和评估月球表面月壤的厚度，并在此基础上，估算部分有用资源分布及其资源量等。

　　其四，探测地球至月球的空间环境。月球与地球平均距离为38万公里，处于地球磁场空间的远磁尾区域，卫星在此区域可探测太阳宇宙线高能粒子和太阳风等离子体，研究太阳风和月球以及地球磁场磁尾与月球的相互作用等。

　　难 点

　　月球探测工程是我国第一次对地球以外天体进行的近距离探测。以往我国开展的航天活动，全部是在地球引力场作用下的环绕地球运动的航天器，实现对地遥感、通信、数据传输、载人飞行等任务。而且我国现有航天器到达的地球最远距离仅为7万千米。而要实现月球探测，则必须使航天器飞出地球引力场，进入到38万千米远的月球引力场。由于月球以及月球与地球、太阳的相对关系具有其固有的特点，因此，研制和发射月球探测卫星是一个复杂的三体定位问题，与一般的地球卫星有很大的不同。

　　研制和发射“嫦娥”绕月卫星主要有四大难点：

　　一是轨道设计与飞行程序控制问题。轨道设计与控制是实现月球探测卫星绕月飞行的基本保证。我国将采取多级推进的方式将月球探测卫星送入月球轨道。卫星首先由运载火箭送入大椭圆轨道，与运载火箭分离后，利用自身推进系统经过调相轨道三次加速，进入地—月转移轨道。在此期间，卫星需要进行多次轨道调整和姿态机动，以保证卫星能够正确进入月球附近预定的位置，被月球引力捕获。卫星在地—月转移轨道运行4—5天后，进入月球捕获轨道，然后在月球附近对卫星进行减速，实现卫星环绕月球运动。通过三次近月点制动，逐步降低轨道的近月点，最终进入距离月面200公里的工作轨道，开始进行科学探测活动。从卫星发射到进入200公里月球轨道共需飞行8-9天

　　二是测控和数据传输。月球探测卫星的测控和数据传输系统要完成卫星各项数据传输任务，以保证地面实时进行卫星测控、监视及数据传输，38万多千米是以往人造地球卫星高度的10倍以上，测控信号的空间衰减明显增大。同时为实现卫星绕月飞行，需经历复杂的轨道转移过程，这个过程中的测控任务对星上和地面测控系统提出了更高要求。因此需研究我国现有的测控体系的适应性以及与天文测量系统联合使用的可行性，提高信号传输能力，并保证一定的测控精度和数据传输量要求。

　　三是制导、导航与控制。绕月探测卫星要保持对月、地、日三个天体定向，各种有效载荷探测器要保持对准月面，以完成科学探测任务；卫星发射和接收天线要保持对地定向，以保证将科学数据传回地球；卫星的太阳帆板要保持对日定向，以获取能量，而月、地、日三个天体又都在相对运动，工程实施难度可想而知。因此，月球探测卫星对制导、导航和控制的功能、性能和可靠性等方面提出了新的挑战。

　　四是热控技术，月球探测卫星在地——月转移轨道及环月轨道运行期间，要经历复杂多变的热环境，月球在对日面、背日面条件下的温度差别很大，从-170℃—130℃，因此卫星上使用的热控技术必须适应外部温度变化，以保证星上所有设备在正常的工作温度范围。

　　在上述四个难点之中，测控是难点中的难点。目前载人航天所用的陆海基测控系统和上海天文台、北京天文台、乌鲁木齐天文台及昆明天文台的天文测量系统相结合的办法，这套办法虽然基本可以满足绕月卫星的要求，但电平余量太小，这是必须解决的难题，否则探月工程就无法实施。由于雷达的发射功率与距离的四次方成正比，距离越远，接发信号的雷达天线就要越大。目前，正在论证建造更大直径的测控天线以满足绕月卫星测控的要求。

　　我国本土陆地面积东西横跨只有5000多千米，至多能连续观测8小时，要实现全天时的观察需要，必需靠与国际深空站合作来支持，到目前为止，国际上有四个国家建成有深空测网及测控站，其中美国宇航局在全球建有三个深空测控站，并组成深空测控网，前苏联在其本土建有三个深空站，执行任务时，还需要派遣测量船到大西洋进行支持，也构成了自己的深空网；德国和日本也分别在其本土建成一座深空测控站。为此，绕月探测工程也将寻求开展测控方面的国际合作。

　　探测活动

　　人类月球探测活动大致可分为“探”、“登”、“驻”三个阶段。“探”是指对月球的无人探测，“登”指的是人登上月球，与月球直接接触；“驻”分两个层次；人携带设备登陆月球后很快返回，设备仪器长期驻扎在月球开展探测活动；第二个层次是人在月球上长期居住和工作。

　　我国目前开展的月球活动处在“探”的阶段，在“探”的这一大步里，分为三小步走，也就是“绕”、“落”、“回”这一、二、三期工程。“绕”指的是研制和发射中国第一颗月球探测卫星，对月球进行全球性、整体性与综合性探测，以获取月球的三维立体图像等；“落”是指发射月球软着陆器，试验月球软着陆和月球车巡视勘察，就地对月球进行探测，并开展月基天文观测等；“回”指的是向月球发射软着陆器和小型采样返回舱，采集关键性月球样品返回地球。

　　我国探月工程起点高、有特色、有创新，具有很强的科学性、探索性和开放性，为开展国际航天合作搭建了平台。联合国在1984年7月11日通过了一个《指导各国在月球和其他天体上活动的协定》的月球条约，简称《月球协定》，该条约确定了探索和利用月球的三项基本原则：(1)月球应专用于和平目的，禁止各种军事利用；(2)自由探索与国际合作；(3)月球及其自然资源为人类的共同继承财产。

　　国际合作

　　月球探测经过30年的平静之后进入了新的一轮热潮，2004年1月14日，美国总统布什在关于美国载人太空探索政策的演讲中，提出了美国重返月球计划；紧接着，欧洲制定了月球和

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