欧阳自远院士畅谈中国嫦娥探月计划

2010-12-09 09:02 来源: 中国科学院
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欧阳自远院士发表演讲

  12月2日,中国科学院院士、第三世界科学院院士、国际宇航科学院院士、中国月球探测工程首席科学家欧阳自远先生在中国科学与人文论坛,发表了题为“中国嫦娥月球探测计划”的演讲。本场报告会是中国科学院研究生院和高等教育出版社共同主办的“中国科学与人文论坛”的第107场报告会。

  欧阳自远院士首先从月亮的别名谈起,指出探测神秘的月球自古就是中华民族的梦想。接着他又简要回顾了世界各国月球探测的历程和成果,并讲述了人类重返月球探测的几点缘由。欧阳自远院士还指出了我国月球探测的背景和计划,详细阐述了我国月球探测第一期工程(嫦娥一号)的进展和成果,并对第二期、第三期探月工程作出了展望。

  神秘的月球:“僵死”的星体

  自古以来,月球在人们的心目中似乎就披着一层神秘的面纱。“我国自古以来有嫦娥奔月的传说。其实除了我们中华民族以外,世界上各个民族都有月亮神的传说。所有的月亮神都是女性,代表了人类对女性的崇敬和对于女性的依恋。”欧阳自远院士给听众展示了日本、罗马的月亮女神的图片。但是,他认为月球并不神秘,“月球表面的环境最大特点是真空,这样就产生两个结果,第一就是没有声音传导,因此在月球上是听不见任何声响的;第二就是没有热的传导。所以在月球上有一个奇怪的现象,凡是能照到太阳的地方温度高达110到130摄氏度,而没有太阳直射的地方则可以低到零下130到零下150摄氏度。”

  欧阳自远认为,月球是可以被认识的,并且人类已经对月球取得了一些认识。他以月球演化历史为例,指出月球是一个古老的“僵死的”星体。月球的“地质时钟”停滞在31亿年之前,这对研究地球早期和地球未来的演化历史具有重要意义。

  谈到月球的能量时,欧阳自远举了一个非常形象的例子:“日本一位科学家建议给月球系一个腰带,将太阳能输送到地球就可以解决地球的能源问题。因为只要系一个全球性腰带就永远有半个球暴露在太阳之下。哪怕地球人口增加到100亿,这样的能量还是绰绰有余的。”

  人类掀起重返月球新高潮 中国17年前开始论证

  进入二十世纪以来,人类对于月球的探测大致可以分为三个阶段。第一个阶段是1958年到1976年掀起的探月高潮,第二个阶段是1976年到1994年的宁静期,而从1994年以后,人类又开始重返月球,重新掀起一场探测月球的高潮。究竟是什么原因让人类重新对月球探测产生兴趣?究竟是什么原因促使我国把探月工程摆在优先发展的战略地位?

  其实这也是欧阳自远想为听众解答的问题。早在报告会一开始,欧阳自远就提出了这一问题:“中国还是一个发展中国家,应该说我们要全面建设小康、构建和谐社会,我们西部要大开发、东北要振兴、中部要崛起,有那么多贫困人口没有解决,你怎么瞎折腾去搞月球探测?人家已经做了100多次了,中国再上去能干什么呢?”对于这个问题,欧阳自远有着自己的理解。

  人类重返月球的第一个原因就是月球上有着丰富的资源。这些能源中不但包括太阳能,还包括可控核聚变发电能源等。欧阳自远认为,氦—3可以作为可控核聚变的能源,而月球上氦—3储量丰富,“至少可以提供整个人类今后几千年甚至上万年的能源需求,这就是为什么人类要重新认识月球和探测月球。”

  人类重返月球的另一个重要原因是开发利用月球特殊的环境。月球重量只有地球1/6,没有污染,没有磁场,因此可以生产许多地球上无法生产的产品。此外,欧阳自远还指出,人类重返月球的一个不可忽略的目的就是占领军事制高点。他指出:“中国必须具备一种能力,否则对于月球各种各样的利益,中国就没有话语权。”

  其实早在17年前,中国就开始了月球探测工程的论证。欧阳自远回忆说:“从1993年起,我们就向国家提出我们能不能探测月球的问题。国家要求我们提出开展月球探测的必要性和可行性论证,论证了3年,我们的结论是中国完全有本事搞。”之后探月工程的论证进行得非常顺利。1999年欧阳自远和他的同行们完成了《中国开展月球探测的发展战略和长远规划》,并提出了现今被广泛接受并作为立项目标的“绕、落、回”三步走设计思想。

  2003年,兼具地质学和核物理双重专业背景的欧阳自远被任命为月球探测工程首席科学家。“2004年温家宝总理亲自批准了我们首次月球探测。我们当时向国务院报告的总经费14亿人民币,我说相当于北京市修2公里地铁的全部经费,我们就可以建设全球月球探测的基础设施。”

  “前有阻击,后有追兵”:希望寄托在年轻一代身上

  对于我国在空间科技领域面临的形势,欧阳自远有着清醒的认识。他用八个字来形容我国的处境,“前有阻击,后有追兵”。

  欧阳自远把目光聚焦到了美国的空间发展计划上来,指出美国的计划是继2008年将无人驾驶的探测器送上月球之后,在2015到2020年之间让美国宇航员重返月球,并在那里建立美国的月球基地。继而以此为跳板,在2030年后将宇航员送上火星乃至更遥远的宇宙空间。“美国有三个目标,第一保持美国空间科技的引导地位,第二控制未来的能源,第三占有能源的优势。”

  与之对比,俄罗斯、印度等国也都制定了各自的登月计划。俄罗斯计划利用10年时间(2010-2020年)探索月球资源,并在2020年至2050年实现载人登月并建设常设基地。而印度媒体则认为,随着经济发展、卫星发射技术的成熟,印度将在2012年实现月球软着陆,2020年实现载人登月,将比中国早4年,可以夺回主动权。

  面对“前有阻击,后有追兵”的形势,欧阳自远把希望寄托在了年轻一代的身上,“我们嫦娥1号的任务是全球性、整体性的探测月球,我们要建设全部的基础设施、工程设计,还要培养一批嫦娥工程的人才。这批年轻人是完全值得信赖的,他们一定会挑起重担,而且会比我们这帮老头子做的更精彩!”

  欧阳自远院士强调,在探月一期工程实施的过程中,我国曾遇到过四个方面的难题。“第一个难题是轨道怎么设计?卫星第一次跑38万公里外的太空,我们还没有相关经验,就先让卫星绕地球旋转,然后再不断的加速,稳抓稳打,积累经验。”据欧阳自远介绍,一期探月遇到的第二个难题是三轴稳定的问题,由于太阳、地球、月球相对位置随时都在变化,所以计算难度非常大。第三个难题就是38万公里的远程精确测控。欧阳自远和他的团队经过科技攻关,终于找到了解决办法:“我们在北京、上海、昆明、乌鲁木齐建立了四个观测点,这样我们就有四个三角形来精确布控。”除此之外,还有一个关键问题需要解决,那就是38万公里的数据接收问题。“无线电传输的能量衰减非常厉害,我们经过很多技术改进,这个问题完全解决了,用40米和50米天线直接接受数据,非常成功!”

  中国探月工程分为三个阶段:探——就是无人探测;登——就是载人登月,精细探测月球;驻——就是常驻月球,并建立基地,开发利用月球资源。

  欧阳自远介绍说,嫦娥二号的使命是演习嫦娥三号要完成的各种动作,所以是嫦娥三号的先导星。嫦娥二号的科学目标主要是获取月球表面的三维影像,探测月球物质成分,探测月壤特性以及探测地月与近月空间环境等。

  据欧阳自远介绍,嫦娥二号传输的数据量非常之大,其速度可达每秒12兆。嫦娥二号上装备的相机有两个视角,非常像人的眼睛,尽管相机只有数码相机那么大,但拍出来的照片非常清晰。

  根据欧阳自远提供的图片,嫦娥三号着陆器采用反推技术进行软着陆。“因为月球是真空,没有大气层,所以不可能用降落伞降落”,欧阳自远说。着陆器会自己选一块比较平坦的地方,开始反推,最后降到4米左右的高度自己掉下来。

  此外,嫦娥三号也存在着一些难题。例如,月球表面夜晚时温度很低,所有仪器都会冻坏,而月球一个晚上相当于地球上半个月,所以对蓄电池的要求很高。目前要解决的问题就是要研制出能够长期连续工作的原子能电池。

  “中国人不仅能够降落在月面,我们还要在月面上用着陆器挖掘周围的土壤,选择一些地方打钻、取样,然后把所有样品装回返回仓。”欧阳自远说。

  欧阳自远说,探月工程第三期需要发射的东西太多、太重,因此对火箭的运载能力提出了进一步的要求。新型火箭——长征5号现在已经在天津滨海新区研制。此外,火箭较大的直径也增加了运输的困难,只能采用海运,因而我国在海南建设了现代化程度最高的大型发射场。

  对于中国探月工程的未来发展,欧阳自远充满了信心。“探月工程第三期将证明,中国人第一能够到月球,第二能够降落在月球,第三还能安全返回地球。把这三部分做完了以后,我们要把中国宇航员送上月球,要实现载人奔月,甚至进一步建设月球基地。”