《瞭望》文章：解密“嫦娥二号”

　　相比“嫦娥一号”，“嫦娥二号”技术更新、难度更大、系统更复杂，与之相应的风险也更大

　　文/《瞭望》新闻周刊记者孙英兰

　　“‘嫦娥二号’卫星发射的准备工作已基本就绪，正在做最后的检查。”即将赶赴西昌卫星发射基地的中国探月工程一期首席科学家、中国科学院院士欧阳自远9月27日接受《瞭望》新闻周刊专访时透露，即将发射升空的“嫦娥二号”卫星只需不到5天时间就能到达月球。

　　根据我国月球探测工程的长远规划，我国的月球探测工程(嫦娥工程)分为“绕”、“落”、“回”三期。一期工程为绕月探测，对月球进行全球性、整体性和综合性探测；二期工程为月面软着陆和巡视勘察，对着陆区进行精细的就位探测与月球车巡视勘测；三期工程为月球采样返回，在着陆区进行就位采样和巡视钻孔取样，样品返回地球后开展系统的高精度的实验室分析研究。

　　欧阳自远说，作为“绕”月探测工程，“嫦娥一号”已经取得了圆满成功。目前正在实施的是月球探测二期工程。而“嫦娥二号”是二期工程的第一颗卫星，起着承前启后的重要作用。

　　二期工程的“探路者”

　　2007年10月24日发射的“嫦娥一号”是我国首次发射的月球探测卫星，在经历了495天的在轨运行后，2009年3月1日受控落月。“这是我国向深空探测迈出的第一步，是取得了圆满成果的坚实的一步。”欧阳自远说。

　　作为力推我国探月工程实施的科学家，欧阳自远自豪地说，“嫦娥一号”卫星实现了“准时发射、准确入轨、精确测控、精密变轨、成功绕月、有效探测、取得成果”的一系列目标，圆满地完成了探月工程一期的工程目标和各项科学探测任务，并获得了大量的探测数据。通过对月球基础科学的研究和海量数据的处理，获得了迄今为止国际上变形程度最低、位置精度最高、图像色调最一致和空间覆盖最完整的全月球影像图，以及精度和分辨率最高的全月球数字高程模型(DEM)和三维月球地形图，建立了月球影像数据和激光高度计数据的处理方法，获取了月球表面某些元素、矿物的分布图，全月球四频段微波亮度温度数据和独特的近月空间高能粒子和太阳风离子数据，并在卫星撞月前获得了高分辨率的1469千米撞月路径的月面影像图，“这一系列重大科技成果的取得，为推动我国月球与行星科学的研究和后续月球探测工程的开展奠定了重要基础”。

　　欧阳自远介绍说，“嫦娥二号”原本是个备份星，在“嫦娥一号”取得圆满成功之后，进行了一系列技术改进。作为探月二期工程的先导星，“嫦娥二号”任务就像是一期工程向二期工程的一个跳板，既继承了“嫦娥一号”卫星的许多成熟技术，又根据任务目标的不同，增加了很多新技术，是探月工程二期的“探路者”。相比“嫦娥一号”，“嫦娥二号”技术更新、难度更大、系统更复杂，与之相应的风险也更大。

　　欧阳自远告诉本刊记者，与“嫦娥一号”相比，“嫦娥二号”卫星将作为探月二期工程“嫦娥三号”实施月面软着陆、开展着陆器就位探测和月球车巡视勘测的“先导星”。在科学上，它的首要任务是对月面多个候选着陆区进行详查，精细地测绘着陆区的地形地貌；在工程上的主要任务是试验验证部分关键技术和新设备，试验新的奔月轨道，降低探月工程二期“嫦娥三号”的技术风险。为此，“嫦娥二号”相对“嫦娥一号”做了多方面改进和提高。

　　六大创新点

　　欧阳自远向本刊记者详细介绍了“嫦娥二号”的六大创新点：

　　——“嫦娥一号”和“嫦娥二号”两个卫星的轨道设计不同。“嫦娥一号”发射后，先是环绕地球飞行了7天，经过4次变轨才进入地月转移奔月轨道，经过一次轨道修正、近月制动并被月球捕获，进入环月轨道。从发射到进入环月轨道总共历时大约13天14小时19分，行程200多万公里。“‘嫦娥二号’将新开辟地月之间的‘直航航线’，即直接发射到地月转移轨道，待几次中途修正和近月制动后，即进入绕月轨道，这将使‘嫦娥二号’的地月飞行时间缩短至接近5天即少于120小时。”

　　——“嫦娥二号”卫星将在距月球表面约100千米高度的极轨轨道上绕月运行，较“嫦娥一号”距月表200千米的轨道要低，有利于对重点地区作出精细测绘。

　　“嫦娥二号”直飞月球的方式对运载火箭的入轨精度和入轨速度提出了更高要求。因此，此次护送“嫦娥二号”上天任务的长征三号丙火箭，较之前护送“嫦娥一号”的长征三号甲火箭增加了两个助推器，以便使“嫦娥二号”卫星直接进入200千米×380000千米的地月转移轨道。

　　——为获得着陆区的精细地形数据，“嫦娥二号”激光高度计的激光脉冲发射频率增至原来5倍，即从“嫦娥一号”每秒发射1个激光脉冲提高为每秒发射5个，使留下的“激光足印”间距更小，激光测距精度也可达5米，从而获得月球上几个重点区域的高密度高程测量数据。与此同时，“嫦娥二号”所携带的CCD立体相机的空间分辨率也由“嫦娥一号”时的120米左右提高到小于10米。其他探测设备也将有所改进，所探测到的有关月球的数据将更加翔实。

　　——“嫦娥二号”的有效载荷配置比“嫦娥一号”少一项，即不采用干涉成像光谱仪探测月球表面的矿物成分。欧阳自远说，“嫦娥二号”的主要科学目标是对月球着陆区和其他重点区域进行精细测绘、立体成像，其他科学探测总体上将延续“嫦娥一号”科学目标，对月球表面元素分布、月壤厚度、近月空间环境等做更进一步的科学探测。这些更高空间分辨率的探测数据可以与“嫦娥一号”的探测数据进行互相校核，进一步改进月球遥感数据的定量反演算法和模型，深化对月球科学问题的认识。

　　——“嫦娥二号”还将验证100千米×15千米轨道机动与快速测定轨技术。测试将飞行轨道由100千米圆轨道调整为远月点100千米、近月点15千米椭圆轨道的能力，部分演练“嫦娥三号”的飞行轨道。

　　——根据月球探测二期工程的要求，为提高测控精度，“嫦娥二号”飞行测控将首次验证我国新建的X频段深空测控体制。相比“嫦娥一号”使用的S频段测控，新增的X频段无线电传输信号频率更高，远距离测控通信效果更好，我国深空测控通信能力将扩展到“地球—火星”距离。

　　“嫦娥二号”还将试验遥测信道低密度奇偶校验码(LDPC)编码技术、月地高速数据传输技术及降落相机技术。

　　“这几大关键技术的验证，将为我们进一步了解月球表面环境、把握深空探测技术发展规律、有效降低探月二期‘嫦娥三号’工程风险提供有益的借鉴。”欧阳自远说。

　　月球的“诱惑”

　　在当今世界高科技发展中，空间技术已成为对现代社会最具影响的“制高点”技术，也是国际间高技术竞争最为激烈的领域之一。

　　空间技术的发展不仅体现一个国家的综合国力和当代科技发展水平，也为经济建设、科学文化和社会生活等各个领域的现代化带来了传统技术无法达到的经济和社会效益。正因为如此，一场没有硝烟的“疆土”之战正在广袤无垠的太空上演。

　　尽管目前还没有一个国家具有与美国相匹敌的全面空间发展规划，但在探索太空的历程中，越来越多的国家正在实施有限的空间发展规划，或积极参与国际空间合作，以提高自身的空间技术能力。

　　月球是地球唯一的天然卫星，是离地球最近的天体，表面保存着自46亿年前形成以来至31亿年以前的地质活动记录，对人们认识地球和太阳系的起源和演化历史有重要意义，可以说，月球是研究地球起源与演化的最佳“标本”。探测距地球最近的天体——月球，无疑是向深空探测迈出的第一步，因此，美国、俄罗斯、日本、德国、英国、印度等许多国家都把探月作为对太阳系进行探测的首选目标。

　　1979年联合国大会通过的《关于月球的协定》和早年通过的《外层空间条约》表示：月球不属于任何国家，月球及其自然资源是“全人类的共同财产”，只要“用于和平的目的”并“造福全人类”，各国均有权对其进行考察研究。

　　科学考察探明，在月球广泛分布的岩石中，蕴藏有丰富的钛、铁、铀、钍、稀土、镁、磷、硅、钠、钾、镍、铬、锰等已知矿物100多种，包括5种地球没有的矿物；仅月海玄武岩中含有可开采利用的钛金属至少就有100万亿吨。而月球表面的月壤中富含由太阳风粒子积累形成的气体，这些气体尤其是氦-3，是未来可控制核聚变发电的清洁、安全与高效燃料。

　　每燃烧一公斤氦-3能产生19兆瓦的能量，照此计算，我国一年的总发电量大约需要8~10吨氦-3，全世界一年的总发电量也只需100多吨氦-3。地球上氦-3的总资源量不过数百公斤，氦-3几乎成了世界上最昂贵的东西——1克氦-3的价值相当于1克黄金的20倍。据估计，月球上氦-3的资源量已达100万～500万吨。未来可控制核聚变发电商业化之后，从航天技术上看，从月球上把氦-3运回地球，这种星际运输成本虽然惊人，但利润也大得惊人，而且是可操作的。

　　欧阳先生认为，除了氦-3的巨大诱惑，月球这个“真空世界(超高真空、没有气候变化、没有污染、弱重力、地基稳定、没有磁场和无线电波干扰)”是进行天文观测、基础科学实验、研制新型材料与生物制品的理想场所；氦-3之外的矿物资源也可以开发利用，这一切对有能力的国家而言都具有足够的吸引力。

　　何时探测火星

　　美国曾计划在2018年实现第7次载人登月，此计划虽已被奥巴马政府取消，但登月飞船、新型登月火箭(战神号火箭)仍在研制中，与此同时，美国政府还希望能有大量的民间资本进入该领域；俄罗斯计划2015年前登月，2020年在月球建立一个永久基地；欧洲太空局的“曙光计划”提出在2020～2035年实现载人登月，并建立月球基地；日本计划在未来20年内建成无人月球基地；印度计划2020年载人登月。

　　“除了月球对各国的巨大吸引力，火星、金星、小行星等也对世界各国具有极大吸引力。”欧阳自远说，“目前有一定实力的国家都制订了类似‘重返月球’的深空探测计划。虽然我国目前还没有一个十分明晰的空间发展路线图，但我国科学家积极探索太空的脚步也一直没有停止。”

　　“嫦娥二号”卫星总师、总指挥顾问叶培建院士在接受《瞭望》新闻周刊采访时表示，我国对未来的深空探测，从长远来看，并没有一个很明显的路线图，但大致有两大主线，即围绕月球探测和行星际探测开展探测活动。

　　“从月球探测来说，首先是无人探测为主，但是一定要上人。”叶培建说，“将来的太空必定是我们人类的生存空间，最近大科学家霍金说，200年后人类要移居太空，尽管这话有些过头，但是我认为人早晚要移居其他星球。月球是最近的，中国要实现载人登月。我国载人航天工程已经公布了路线图，明年神舟八号将与我国空间实验室‘天宫一号’对接，将来我们还有航天员要在太空站里生活，这两项技术结合起来，我觉得我们国家在2030年之前实现载人登月应该是具有条件的。这是第一条线。”

　　“第二条线，就是行星系探测。”叶培建告诉本刊记者，虽然奥巴马推翻了布什政府提出的2018年重返月球计划，但这绝不说美国不重返月球了。“他是要集中力量再做一件事，让人赶不上。他已经宣布要在2025年之前，实现小行星的着陆，然后实现火星的有人环绕探测。从美国的探测规划，我们可以看出，其特点是：有人、无人交替进行，月球与其他行星、包括小行星交替进行，技术互相支持，每走一步，都是前进。”

　　叶培建认为，“以现在的条件：有‘嫦娥一号’、‘嫦娥二号’的基础，有月球二期工程地面建设的基本条件，我们完全有可能在2013年搞一次完全中国自主的火星探测。”

　　尽快完善探索计划

　　据欧阳自远介绍，有关火星探测的前期工作已在进行中。另据透露，我国的深空探测，除了众所周知的探月工程、载人航天工程之外，还有三个比较成熟的空间探测计划，即：国家天文台艾国祥院士提出的“空间太阳望远镜计划”，中国科学院高能物理研究所研究员、清华大学天体物理中心主任李惕碚院士提出的“硬X射线望远镜(HXMT)”，北京大学涂传诒院士等提出的“夸父计划”。科学家们希望这几个计划能在国家“十二五”科技发展规划中有所体现。

　　欧阳院士告诉本刊记者，“空间太阳望远镜”(SST)是我国第一个天文探测卫星，被称为中国的“哈勃”。它可对日冕活动区、日面磁场和速度场、日冕和日地行星际空间进行全波段和全连续观测，以研究太阳活动区磁场和速度场、太阳耀斑的能量存储和爆发释放过程、日冕物质抛射、太阳风形成等多种日地空间瞬变物理现象，为太阳物理学的深入发展和空间天气预报提供最重要的实测数据。

　　“硬X射线调制望远镜”卫星作为我国第一个自主研制的天文卫星，已被正式列入我国“十一五”民用航天发展规划，原计划在2010年发放，将实现世界最高灵敏度和最好空间分辨率的硬X射线巡天，并对黑洞、中子星、超新星遗迹等天体的高能辐射进行高质量宽波段观测。

　　北京大学地球与空间科学学院涂传诒院士等人提出的“夸父计划”，即“空间风暴、极光和空间天气探测计划”，其内容是建议由一颗位于日地系统第一拉格朗日点的卫星和两颗沿极轨共轭飞行的卫星组成综合观测系统，用于监测太阳活动导致的日地空间环境连锁变化的全过程。“夸父计划”将观测新的日地物理现象，进一步揭示日地空间风暴机理，监测行星际扰动传播，为灾害性空间环境预报提供观测数据。“夸父计划”还将推动我国航天深空探测技术发展。

　　据本刊记者了解，早在“十五”期间，相关领域专家就提出“夸父计划”应该作为日地物理空间探测规划的第一步，建议列入国家民用航天工程“十一五”项目。

　　受访科学家建议有关部门，应尽快完善并推动上述科学探索计划的实施，以促进我国在空间科学技术领域的发展，尽早实现技术跨越，以求未来在深空探测、和平利用太空资源中占有一席之地。□