欧阳自远:中国探月不停步 同为人类谋福祉

2010-10-08 11:31 来源: 中国科学院
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  奔月是中国人的千年梦想,今年10月1日,嫦娥二号在西昌卫星发射中心搭乘长征三号丙火箭成功升空,又给国庆节日增添了一份喜悦。事实上,随着嫦娥一号卫星在2007年成功发射,嫦娥工程已渐渐深入人心,祖国航天科技的发展让不少人感到由衷自豪。

  不过,除了增添中国人的自豪感,究竟为什么要开展探月工程依然是萦绕在不少人头脑里的疑问。探月工程高级顾问欧阳自远日前在接受《科学时报》采访时,向记者详解了中国开展探月工程的缘由。

  欧阳自远认为,中国开展探月工作不仅是满足中国人千年奔月的梦想,开展探月工作有其科学上的可行性和必要性,同时按照中国探月工程“大三步”、“小三步”的战略步骤,中国的深空探测能力也会逐步得到提升。

  探月再次成为共识

  从1958年至今,世界共进行了117次月球探测活动。其中,1958年到1976年被认为是人类的第一次探月高潮,但只有美国和苏联开展了探月活动,它们一共发射了108枚探测器

  “尽管它们完全是为了空间霸权的争夺,但是在这些探月活动中,它们实现了各种类型的探测,包括载人登月、采样返回等,应该说完成了人类走向太空的一个巨大使命。”欧阳自远说。

  阿波罗计划结束后,从1976~1994年长达18年的时间里,世界上没有进行过任何成功的月球探测活动。“为什么?因为再搞探测,最多也不过‘阿波罗’的水平。”欧阳自远说,当时美国的注意力转向了航天飞机、国际空间站和火星探测等。

  1989年7月20日,在人类首次登月20周年的纪念大会上,美国总统老布什号召美国在月球上建立长期驻留的永久基地,以此作为向火星开进的出发点,以最终实现登陆火星的宏大计划。1994年和1998年,美国成功发射了“克莱门汀”和“月球勘探者”号月球探测器,对月球形貌、资源、水冰等进行了探测,奏响了人类重返月球、建立月球基地的序曲。

  从上世纪末到本世纪初,月球探测活动再次成为人们的共识,除美国外,日本、中国、印度等国也积极参与其中,共有12个国家都提出了月球探测的计划,截至目前,各国共进行了9次月球探测活动(包括嫦娥二号)。这也被认为是新一轮探月高潮的兴起。

  欧阳自远分析说,月球之所以再次引起人们的关注,有几个原因,一是各国航天能力大幅提升,有能力开展月球探测活动。

  二是人们对月球资源的关注——尽管现在还不能为人们所用,但是月球所蕴含的丰富资源和巨大能源,被许多人认为是解决人类能源需求的一个重要途径。最近,日本科学家就提出了一个设想,要在月球的轨道上做一个400公里的“腰带”,全部利用太阳能发电并向地球传输,以永久解决人类的全部能源需求。

  三是月球的特殊环境。月球有着与地球完全不同的环境,科学家计划开展一些特殊的科学试验,进行天文观测,全面监测地球和研制一些地球上不能生产的材料与产品。

  此外,如果人类要探测更遥远的空间,起步就是探测月球。

  在这一轮的月球探测高潮中,各国开展的都是无人月球探测活动,21世纪初发射的全部探测器都是绕月飞行,包括欧洲的smart-1、日本的月亮女神(后改名为“辉夜姬”,kaguya)、中国的嫦娥一号、印度的月船一号,也包括美国的月球勘测轨道器。

  至于载人登月,除美国外,各国的计划几乎都被列在2020年以后。美国布什政府曾提出2018年实现第7次载人登月。

  欧阳自远介绍说,一方面是由于阿波罗登月的火箭土星五号太大,安全性太差,现在来看技术水平很落后;另一方面,阿波罗飞船尽管是当时最先进的飞船,但现在看来,其计算机处理能力还不如现在的手机,因此若再次载人登月,必须发展新的技术。

  “研制新的运载火箭和飞船并能够实施应用,这个工作没有10多年是很难完成的。”欧阳自远说。

  尽管月球探测活动能代表一个国家的航天科技水平,但毕竟这是一项非常复杂并具高风险的工程。据悉,从1958年至今全世界所进行的117次月球探测活动中,成功或基本成功60次,失败57次,成功率仅有51%。

  欧阳自远认为,中国探月工程提出了很好的计划,通过“大三步”、“小三步”的战略步骤,能稳步把月球探测工作向前推进,逐步提升我们的深空探测能力,这也比较符合我国国情。

  我们是第二梯队

  2007年9月14日,日本月亮女神先于中国嫦娥一号一步搭乘H2A-13火箭成功飞天,一时举世瞩目,此后,印度也发射了月船一号。一时间,拿中国嫦娥工程与各国月球探测工程对比成了热门话题。

  欧阳自远说,1990年至2010年所发射的月球探测器都是绕月飞行器,各国绕月飞行的科学目标都比较接近,不外乎第一探测月球的地形、地貌、立体图,第二测量月球表面各种化学组成、矿物成分和岩石类型,第三探测地月空间环境和月球空间环境。各国也都根据各自的优势提出一些特殊的探测目标,因此“很难简单判断谁好谁不好,只能说各有特色,各有千秋”。欧阳自远表示。

  像日本的月球探测,做得最好的工作是探测月球背面的重力场,月球背面谁也没有看见过,它必须另外发射至少1颗小的卫星作为中继星,共同探测月球背面的重力场和传输数据。其设计是一个大卫星配合两个小卫星工作。

  印度的月船一号共搭载了11台仪器,其中5台是自主研发,6台是引进其他国家的技术,他们对月球进行了比较全面的了解,也是第一次实现了他们的绕月探测。

  美国的设计更有特色,他们在LCROSS上携带了一个撞击器和小卫星。他们用撞击器撞到月球寒冷而黑暗的环形山后激起了尘埃柱,后续的小卫星搭载的几台高性能光谱仪最终抓住了溅出来的尘埃里所含水蒸气的光谱线,证明了月球坑中水冰的存在。此外,美国的LRO月球探测主卫星飞行高度只有50公里,其相机的空间分辨率高达0.5~1米,为选择下次载人登月和建立月球基地地点的精细地形地貌作准备。而且他们将所有的阿波罗11、12、14、15、16、17的降落位置,以及宇航员行走的路线、月球车运行的路线、宇航员埋设仪器的位置全部拍摄到了。还精细地测绘月球表面的地形。

  中国嫦娥一号最大的特点是第一次实现了月球表面的100%覆盖,制作了全月球影像图,采用激光测高数据制作了分辨率为3公里左右的全月球数字高程模型(DEM),此外还用微波探测仪测量月球表面的微波辐射亮度温度,探测月壤特征,同时反演月球土壤的厚度,此外还要进一步估算He-3的资源量,提交了月球探测历史上第一张全月球微波图。

  谈到各国的探月工作,探月工程高级顾问栾恩杰曾说过一句话:笼而统之地说,探月工作如同马拉松赛跑,最后必然形成几个梯队,第一梯队是美国和俄罗斯;我们是第二梯队,第二梯队的国家更多,有欧洲、日本、印度等等。

  “不管怎么说,第一轮绕月飞行,各个国家都各有收获,而且证实了各国都具备了月球探测的能力。这对我们来说是很大的鼓励,也激励我们更好更快地推进我国月球探测。”欧阳自远认为,尽管其中的竞争很激烈,但大家应寻求更好的合作,共同联合起来,发挥各自优势,共同为人类谋求福祉。

  推动基础科学发展

  与其他的航天工程不同,月球探测工程说到底还是一个科学工程,它除了有明确工程目标,更有自己独特的科学目标。

  欧阳自远说,嫦娥工程开启了我们走向深空的步伐,也证明中国人具有深空探测的能力。更重要的是通过嫦娥工程所获取的科学探测数据,将进一步推动我国基础科学的发展。

  以嫦娥一号为例,它经过1年零4个月的飞行,获得了大量科学数据,这些数据已无偿提供给全国科学家开展相关的研究工作。截至目前,通过这些数据的开发研究,已经发表了100多篇文章,获取了许多新的科学认识。

  而这些成功的应用能让人们更深刻地了解月球,同时也发展了关于月球科学具体的各个方面,加深了人们对太阳系的起源和演化的认识,更重要的是推动了月球科学在中国的建立和发展。

  从工程整个运作和结构来看,我国已构建了一支月球科学、行星科学、太阳系探测的研究队伍。

  其次,拓展了人类开发利用地外资源的一个新前景。

  第三是促进了对地观测科学的进步,也带动了一大批各种新型仪器的研制,提高了我国航天综合能力。

  此外,就是推动了管理科学的发展。探月工程是一个非常巨大的系统工程,在如此大的系统工程里,“阿波罗”曾提供了一个非常先进的管理形式,很多国家都在套用。那么如何根据中国的实际情况,总结出一套大型科学工程的管理思路,嫦娥工程必会积累很多经验,给人启发。

  嫦娥二号任务月球应用科学首席科学家严俊也认为,探月工程首先促进了我国航天技术的跨越式发展,同时也促进了我国天文学和其他基础科学如材料科学、环境科学、空间物理学、地质学的全面发展,而且带动了这些科学的交叉融合渗透。

  例如在天文学方面,探月工程的精密轨道设计、更加精确的测定需求,能促进天体测量学和天体力学的深入发展。“天体天测慢慢在萎缩,要不是航天工程和深空探测的话,就更加萎缩了。”严俊说。

  另外,探月工程还促进了月球科学、宇宙科学、行星科学等天文科学的深入发展。