文/葉楠

月球探測（下）

從20世紀(jì)50年代末到70年代中期，蘇美兩國掀起了第一輪探月高潮。在此期間，蘇聯(lián)的“月球16號”首次在月球表面采集樣品并送回地球；美國的阿波羅計(jì)劃將12名航天員成功送上了月球，這是人類第一次踏上另一個(gè)星球。隨著美國逐漸在探月競賽中取得領(lǐng)先，美國民眾對不斷重復(fù)的人類登月也不再感到興奮，美國宇航局的重心也轉(zhuǎn)移到了航天飛機(jī)與空間站的建設(shè)，第一次探月高潮在70年代末逐漸偃旗息鼓。

時(shí)間來到20世紀(jì)90年代，世界格局也發(fā)生了重大的變化，人類新一輪的探月活動(dòng)由此展開。美國繼續(xù)處于領(lǐng)先地位，蘇聯(lián)卻已經(jīng)解體，歐空局開始崛起，經(jīng)濟(jì)騰飛的日本科技實(shí)力也有了長足的進(jìn)步，作為發(fā)展中國家領(lǐng)頭羊的中國與印度也邁出了探索月球的第一步。

飛天號

1976年8月19日，蘇聯(lián)的“月球24號”帶著170克月壤從危海升空返回地球。從那以后直到1990年的14年里都沒有人類探測器再次拜訪月球。

這次率先行動(dòng)的是日本。1990年1月24日，“飛天號”從鹿兒島航天中心發(fā)射升空。與之前所有月球探測器不一樣的是，“飛天號”是一個(gè)環(huán)繞地球飛行的探測器，遠(yuǎn)地點(diǎn)達(dá)到47.6萬公里，大于月地距離。3月18日，當(dāng)“飛天號”飛掠月球時(shí)，釋放了攜帶的“羽衣號”小衛(wèi)星，使其進(jìn)入繞月軌道。日本也由此成為繼蘇聯(lián)、美國之后，世界第三個(gè)探測月球的國家。圖中右側(cè)是“飛天號”，左側(cè)是“羽衣號”。

克萊門汀號

“克萊門汀號”（左圖）是由美國原星球大戰(zhàn)計(jì)劃和美國宇航局共同執(zhí)行的月球探測任務(wù)。該任務(wù)的主要目的是測試長時(shí)間暴露在太空環(huán)境下科學(xué)儀器的感應(yīng)器和衛(wèi)星組件的狀態(tài)。1994年1月25日，“克萊門汀號”在范登堡空軍基地發(fā)射升空，先是繞地公轉(zhuǎn)兩周，一個(gè)月后進(jìn)入繞月軌道。繞月軌道為橢圓形，近月點(diǎn)約400公里、遠(yuǎn)月點(diǎn)約8300公里?！翱巳R門汀號”也很好地利用了它的軌道：在近月點(diǎn)附近進(jìn)行月球表面測繪，在遠(yuǎn)月點(diǎn)附近進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。右圖：“克萊門汀號”利用光學(xué)雷達(dá)測繪的月面海拔高度圖。

月球勘探者號

美國的“月球勘探者號”（左圖）于1998年1月7日發(fā)射升空，1月11日成功進(jìn)入月球軌道。它的繞月軌道傾角達(dá)到90°，即完全垂直于月球赤道飛行，軌道高度也只有約100公里。它的主要任務(wù)是對月球表面的物質(zhì)組成、南北極區(qū)的水冰沉積以及月球的磁場和重力進(jìn)行探測?？茖W(xué)家可以根據(jù)數(shù)據(jù)繪制月面礦物分布圖。1999年7月31日，在工作了570天后，“月球勘探者號”按指令撞擊了位于月球南極附近的環(huán)形山，這座環(huán)形山在2000年被正式命名為舒梅克環(huán)形山，以此紀(jì)念地質(zhì)學(xué)家、天文學(xué)家尤金·舒梅克（1928-1997）。右圖：舒梅克環(huán)形山及“月球勘探者號”的撞擊點(diǎn)（箭頭所指處）。

SMART-1

SMART-1是歐空局的第一個(gè)月球探測器，于2003年9月27日升空。這也是人類首次利用離子推進(jìn)器作為動(dòng)力來源，它攜帶有50升液態(tài)氙作為推進(jìn)劑，其效率為傳統(tǒng)化學(xué)火箭的3倍以上。探測器總重367千克，而推進(jìn)器僅重29千克，功率達(dá)到1200瓦。同時(shí)它的太陽能集光板也能為推進(jìn)器提供部分能量來源。SMART-1利用X射線和紅外線對月球表面進(jìn)行了遙感繪圖，并以此建立了月面的三維模型。2006年9月3日，SMART-1以撞擊月面的形式結(jié)束了長達(dá)3年的任務(wù)。

月亮女神號

自“飛天號”之后，日本在2007年9月14日再次發(fā)射一個(gè)月球探測器，取名為“月亮女神號”（上圖），其在日本神話中的形象類似于中國的嫦娥。探測器重達(dá)2914千克，長寬高分別為4.8米×2.1米×2.1米。它還攜帶有兩顆子衛(wèi)星：名為“翁”的通訊中繼星負(fù)責(zé)保障各探測器與地面的通信工作；而名為“嫗”的甚長基線干涉測量星用來探測月球的元素和重力分布，兩顆子衛(wèi)星的重量同為53千克。主探測器在距月球表面大約100公里的軌道上環(huán)繞飛行，共搭載了14臺測量儀器。之前的“飛天號”只是飛越月球，并未進(jìn)行繞月飛行，因此“月亮女神號”是日本第一個(gè)月球軌道探測器。下圖：“月亮女神號”拍攝的月球表面立體地形圖。

嫦娥一號

“嫦娥一號”是中國首個(gè)繞月飛行探測器，于2007年10月24日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心搭乘長征三號甲火箭升空，11月7日進(jìn)入月球軌道?！版隙鹨惶枴笨傊?350千克，三維為2米×1.72米×2.2米，太陽能帆板展開長度達(dá)18米。主要任務(wù)是獲取月面的立體影像、分析月球表面的元素含量及物質(zhì)分布特點(diǎn)、探測月壤厚度及月球空間環(huán)境。2008年11月，根據(jù)“嫦娥一號”拍攝數(shù)據(jù)制作的中國第一幅全月球影像圖正式公布（上圖）。2009年3月1日，嫦娥一號繞月飛行482天后按指令撞月。

月船1號

緊隨中國之后，印度首個(gè)月球探測器“月船1號”（左圖）于2008年10月22日從薩迪什·達(dá)萬航天中心發(fā)射升空?！霸麓?號”攜帶了11臺科學(xué)儀器，其中一臺名為月球撞擊探測器的無人探測器重29千克，在“月船1號”進(jìn)入繞月軌道后，它以每秒75米的速度從飛船上彈出，向月球表面撞去，在接近月球的過程中探測器將會不斷對月球進(jìn)行拍攝，這些數(shù)據(jù)有助于印度空間研究組織未來選擇月球車的著陸位置。右圖：“月船1號”拍攝的月表圖像。

“月船1號”的設(shè)計(jì)壽命為2年，但在飛行了10個(gè)月后，印度表示與“月船1號”的通訊全部中斷，經(jīng)努力嘗試未果后決定放棄。而時(shí)隔8年之后，美國宇航局的微波雷達(dá)重新發(fā)現(xiàn)了“月船1號”，它依舊在以極地軌道繞月球公轉(zhuǎn)。

月球勘測軌道飛行器

“月球勘測軌道飛行器”（上圖）是美國進(jìn)入21世紀(jì)后發(fā)射的首個(gè)以月球?yàn)槟繕?biāo)的探測器，于2009年6月18日在卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空。它的主要任務(wù)是對月球的資源進(jìn)行勘測，為人類再次登月提供可能的登陸地點(diǎn)。同時(shí)與它一起升空的還有“月球環(huán)形山觀測和遙感衛(wèi)星”，10月9日，它實(shí)施了對月球的撞擊，科學(xué)家通過分析撞擊產(chǎn)生的塵埃數(shù)據(jù)表明月球表面是存在水的?！霸虑蚩睖y軌道飛行器”直到今天還在正常工作，是所有繞月探測器中工作時(shí)間最長的一個(gè)。下圖：“月球勘測軌道飛行器”拍攝的第谷環(huán)形山的中央峰。

嫦娥二號

“嫦娥二號”是中國第二個(gè)繞月探測器，也是中國探月工程二期的技術(shù)先導(dǎo)星?！版隙鸲枴庇?010年10月1日發(fā)射，以100×15公里的橢圓軌道進(jìn)行了環(huán)月探測，并對“嫦娥三號”落月任務(wù)預(yù)選著陸區(qū)虹灣局部地區(qū)進(jìn)行了高分辨率觀測（左圖）。完成探月任務(wù)后，“嫦娥二號”飛離月球，于2011年8月下旬成功飛抵距地球150萬公里的拉格朗日L2點(diǎn)穩(wěn)定環(huán)繞運(yùn)行，使中國成為繼美國、歐空局之后第三個(gè)在這一特殊空間上進(jìn)行科學(xué)探測的國家和組織。在L2點(diǎn)開展科學(xué)探測235天后，“嫦娥二號”受控飛向行星際空間，于2012年12月13日飛抵距地球約700萬公里遠(yuǎn)的深空，以每秒10.73公里的相對速度，與國際編號4179的圖塔蒂斯小行星由遠(yuǎn)及近擦身而過，最近相對距離僅3.2公里，并抓拍到它的清晰圖像（右圖），首次實(shí)現(xiàn)中國對小行星的交會探測。

嫦娥三號

嫦娥三號月球探測器于2013年12月2日由長征三號乙運(yùn)載火箭從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空，執(zhí)行嫦娥工程中的第二階段任務(wù)——“落”。12月14日，“嫦娥三號”在月球虹灣地區(qū)實(shí)現(xiàn)軟著陸，中國成為世界上第三個(gè)實(shí)施探測器月球軟著陸的國家。隨后，玉兔號月球車（右圖）從著陸器（左圖）上“走”出來，與著陸器一動(dòng)一靜開展科學(xué)探測任務(wù)?！坝裢锰枴笔侵袊纵v月球車，重140千克，具備20度爬坡、20厘米越障能力，攜帶全景相機(jī)、紅外成像光譜儀、測月雷達(dá)、粒子激發(fā)X射線譜儀等科學(xué)探測儀器，在月面總計(jì)工作972天，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過它3個(gè)月的設(shè)計(jì)壽命。

嫦娥四號

嫦娥四號月球探測器于2018年12月8日發(fā)射升空，2019年1月3日10時(shí)26分自主著陸在月球背面南極-艾特肯盆地內(nèi)的馮·卡門撞擊坑內(nèi)，并通過“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖，揭開了古老月背的神秘面紗。此次任務(wù)實(shí)現(xiàn)了人類探測器首次月背軟著陸、首次月背與地球的中繼通信，開啟了人類月球探測新篇章。左圖：“嫦娥四號”著陸器拍攝的著陸點(diǎn)南側(cè)月球背面圖像；右圖：玉兔二號月球車在月球背面留下人類第一道痕跡。

“嫦娥四號”著陸的艾特肯盆地是月球上最大最深的盆地，直徑約2500公里，深約12公里。對艾特肯盆地的探索有助于解開月球演變之謎，同時(shí)這里有天文學(xué)家夢寐以求的干凈電磁環(huán)境，可以填補(bǔ)射電天文領(lǐng)域在低頻觀測波段的空白。