吳偉仁，劉繼忠，唐玉華，于登云，于國(guó)斌，張 哲

（1.探月與航天工程中心，北京 100190；2.中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司，北京 100048）

引 言

最近，世界月球探測(cè)備受關(guān)注。2019年1月3日，“嫦娥4 號(hào)”實(shí)現(xiàn)了人類航天器首次在月球背面軟著陸，“玉兔2 號(hào)”月球車率先在月背刻上了中國(guó)足跡。今年2月，以色列借助美國(guó)火箭搭載發(fā)射了首顆月球探測(cè)器“創(chuàng)世紀(jì)號(hào)”，4月12日在月球著陸失敗，但它探索了商業(yè)探月的新模式。2019年3月，美國(guó)副總統(tǒng)彭斯宣布，將不惜一切代價(jià)使美國(guó)航天員再次登月，登陸地點(diǎn)位于月球南極，時(shí)間從原計(jì)劃2028年提前至2024年，以保持美國(guó)在航天領(lǐng)域的全球領(lǐng)先地位，并以此主導(dǎo)太空探索新格局。2019年7月22日，印度發(fā)射了“月船2號(hào)”探測(cè)器，計(jì)劃著陸月球南極附近，開展水冰和礦物探測(cè)，9月7日，“月船2號(hào)”探測(cè)器在月球南極軟著陸失敗。月球仍是全球高度關(guān)注的熱點(diǎn)。

1 月球探測(cè)意義

地球是人類的搖籃，目前70 億人寄居在地球，而地球只是宇宙中的滄海一粟，人類賴以生存的空間日益緊張，太陽(yáng)系最終也要走向滅亡，尋求和拓展地外生存空間是人類繁衍的必然。

月球是地球唯一的天然衛(wèi)星，地-月相距約38 萬(wàn)km，月球平均直徑為3 476 km，約為地球的1/4，表面重力是地球的1/6，月球一個(gè)晝夜相當(dāng)于27.3個(gè)地球日，表面溫度約為130～-190 ℃。月球自轉(zhuǎn)周期與圍繞地球的公轉(zhuǎn)周期相同且方向一致，所以人類在地球上始終看不到月球的背面。月球蘊(yùn)藏了地球、太陽(yáng)系起源和演化的無(wú)窮奧秘，擁有豐富的特有資源，也是人類走向深遠(yuǎn)空間的前哨站和試驗(yàn)場(chǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在起到2030年前，各國(guó)將計(jì)劃實(shí)施20 余次月球探測(cè)。預(yù)計(jì)未來(lái)數(shù)10年各航天大國(guó)及新興航天國(guó)家將在月球資源勘探和開發(fā)利用方面展開激烈競(jìng)爭(zhēng)。

1.1 探月是人類永恒的精神追求

月球是距離地球最近的天體，是人類探索浩瀚宇宙的起點(diǎn)。自古以來(lái)，月亮就激起了人類無(wú)限的遐想與憧憬，產(chǎn)生了各種神話傳說(shuō)、藝術(shù)作品和風(fēng)俗傳統(tǒng)。千百年來(lái)，人類一直利用一切手段認(rèn)識(shí)、探索和利用月球，從早期的裸眼觀測(cè)到后來(lái)伽利略利用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，再到如今的飛抵探測(cè)，月球探索一直承載著人類追逐夢(mèng)想、勇于探索的精神[1]。

奔月也是中華民族的千年夙愿。華夏民族對(duì)月亮賦予了詩(shī)意的贊美和豐富的遐想，常以月亮寄托相思之情、抒發(fā)惆悵之感?！版隙鸨荚?、玉兔搗藥”的美麗傳說(shuō)；“明月幾時(shí)有？把酒問(wèn)青天”等膾炙人口的經(jīng)典詠月詩(shī)篇；經(jīng)上千年觀察形成的與月球有關(guān)的中國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)歷等，是中華民族燦爛文明的重要組成部分。

1.2 探月體現(xiàn)國(guó)家意志和責(zé)任擔(dān)當(dāng)

月球是人類開拓空間的新疆域，是國(guó)家利益新的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，是各國(guó)競(jìng)相爭(zhēng)奪的競(jìng)技場(chǎng)。月球探測(cè)高度體現(xiàn)國(guó)家意志，是其科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平和現(xiàn)代文明的重要標(biāo)志，更是綜合國(guó)力的集中體現(xiàn)，對(duì)提高國(guó)家的國(guó)際地位和影響力具有重要意義[2]。

月球探測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜的科技大工程，充滿了挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)，體現(xiàn)了一個(gè)民族“可上九天攬?jiān)隆钡暮狼?，凝聚著一個(gè)民族的智慧和力量，對(duì)振奮民族精神、增強(qiáng)民族自信心和自豪感具有重要作用，也激發(fā)了一代代青少年愛(ài)國(guó)的熱情和獻(xiàn)身科技事業(yè)的決心。

1.3 探月極大促進(jìn)科學(xué)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步

月球探測(cè)有助于提高人類對(duì)于宇宙及自身生存環(huán)境的認(rèn)知，促進(jìn)了空間地質(zhì)學(xué)、比較行星學(xué)、空間物理學(xué)等新興學(xué)科、交叉學(xué)科和基礎(chǔ)學(xué)科的快速發(fā)展；相比于近地航天，月球探測(cè)具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、飛行時(shí)間長(zhǎng)、測(cè)控難度大、自主要求高等特點(diǎn)，提出了更高的工程技術(shù)需求，極大地激發(fā)科技創(chuàng)新，帶動(dòng)了遠(yuǎn)程通信、高精度控制、高效特殊能源、特種材料以及人工智能等高新技術(shù)的跨越發(fā)展[3]。

1.4 探月可實(shí)現(xiàn)月球資源的開發(fā)利用

月球豐富的礦物資源，是地球稀缺資源的重要補(bǔ)充，比如可用于核反應(yīng)發(fā)電的氦-3，是地球總儲(chǔ)量的數(shù)10倍，有望成為人類未來(lái)重要的能源資源[4-5]。

月球有特殊的自然環(huán)境，無(wú)大氣，地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，是基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)、特殊生物制品、特種新型材料試驗(yàn)和生產(chǎn)的天然場(chǎng)所。

月球的位置資源特殊，可在月球上實(shí)現(xiàn)對(duì)地球長(zhǎng)時(shí)間大尺度觀測(cè)和監(jiān)視，以及對(duì)空間天文的長(zhǎng)期穩(wěn)定觀測(cè)；月球背面潔凈的電磁環(huán)境是觀察太陽(yáng)、宇宙電磁輻射，探索宇宙早期起源的最佳場(chǎng)所；月球也是未來(lái)開展深空探測(cè)的前哨陣地。

“探索浩瀚宇宙，發(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)是我們不懈追求的航天夢(mèng)”。中華民族正走在偉大復(fù)興的征程中，科技進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)力日益強(qiáng)盛，應(yīng)當(dāng)履行大國(guó)責(zé)任和擔(dān)當(dāng)。開展月球探測(cè)是當(dāng)今我國(guó)依靠自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展的重要領(lǐng)域，也是中華民族為構(gòu)建人類命運(yùn)共同體貢獻(xiàn)中國(guó)智慧、中國(guó)方案、中國(guó)力量的重要機(jī)遇。

2 世界月球探測(cè)的發(fā)展

繼前蘇聯(lián)1957年發(fā)射了世界首顆衛(wèi)星之后，1958年又發(fā)射了首個(gè)月球探測(cè)器，拉開了人類月球探測(cè)的序幕。截至目前，全球共實(shí)施了117 次無(wú)人月球探測(cè)和9 次載人月球探測(cè)任務(wù)，其中成功66次，成功率約為53%。我國(guó)完成了5 次月球探測(cè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了100%的成功率，參見(jiàn)圖1。月球探測(cè)經(jīng)歷了美蘇爭(zhēng)霸引發(fā)的第一輪高潮期、載人登月后的平靜期，目前正處于發(fā)現(xiàn)月球水分子引發(fā)的第二輪高潮期中[6]。

圖1 主要航天國(guó)家已開展的探月任務(wù)統(tǒng)計(jì)Fig.1 The statistic of lunar missions already carried out

2.1 第一輪探月高潮（1958—1976年）

這期間，美蘇兩國(guó)代表兩大陣營(yíng)展開了以月球探測(cè)為中心的空間競(jìng)賽，掀起了第一輪探月高潮。政治因素主導(dǎo)、任務(wù)規(guī)模龐大、巨額經(jīng)費(fèi)投入是這一時(shí)期的重要特點(diǎn)。在這場(chǎng)政治競(jìng)賽中，兩國(guó)均由國(guó)家元首親自領(lǐng)導(dǎo)。美國(guó)的“阿波羅計(jì)劃”共有2 萬(wàn)多家公司、200 余所大學(xué)、80 多個(gè)科研機(jī)構(gòu)、數(shù)10 萬(wàn)人參與，總耗資約數(shù)百億美元。

期間，兩國(guó)開展了100次無(wú)人探測(cè)，其中蘇聯(lián)64次，美國(guó)36次。9次“阿波羅”載人探測(cè)，其中2次載人環(huán)月，7 次載人登月。任務(wù)發(fā)射密集且不計(jì)代價(jià)，成功率約為46%。競(jìng)賽初期，前蘇聯(lián)創(chuàng)造了對(duì)月球撞擊、飛越、軟著陸和環(huán)繞等多項(xiàng)世界第一，參見(jiàn)圖2。后續(xù)，前蘇聯(lián)載人登月計(jì)劃屢遭挫折，用于載人登月的N-1 重型運(yùn)載火箭4 次試驗(yàn)發(fā)射連續(xù)失敗，特別是后兩次發(fā)射爆炸造成塔毀人亡，損失慘重，最終前蘇聯(lián)載人登月計(jì)劃被迫取消。美國(guó)則在德裔天才科學(xué)家馮·布勞恩的帶領(lǐng)下，順利實(shí)施“阿波羅計(jì)劃”，研制了“土星5 號(hào)”重型運(yùn)載火箭，發(fā)射了“阿波羅”飛船，于1969年7月21日實(shí)現(xiàn)了人類首次登月，從“阿波羅11”到“阿波羅17”，其中共6 次12人登陸月球，在月面共停留了300 h?！鞍⒉_13”在奔月途中距離月球6 萬(wàn)km 時(shí)，發(fā)生氧氣箱爆炸的嚴(yán)重故障，3名宇航員被迫放棄了登月目標(biāo)，在這生死關(guān)頭天地一體密切配合，最終創(chuàng)造了3名宇航員安全返回地球的奇跡，被稱為“輝煌的失敗”。美國(guó)取得了探月競(jìng)賽的最終勝利。

圖2 第一次探月高潮中美蘇探月開創(chuàng)性活動(dòng)Fig.2 The initiative activities in the first round of lunar exploration

美蘇兩國(guó)通過(guò)月球探測(cè)，取得了重要的科學(xué)成果和巨大的技術(shù)進(jìn)步。期間，美國(guó)采集了385 kg月球樣本，前蘇聯(lián)共實(shí)施5 次無(wú)人采樣任務(wù)，3 次成功，獲得了375 g月球樣本，兩國(guó)都獲得了大量的月球科學(xué)探測(cè)原始數(shù)據(jù)；建立了龐大的航天工業(yè)技術(shù)體系，帶動(dòng)了電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、宇航推進(jìn)等技術(shù)的快速發(fā)展；“阿波羅計(jì)劃”產(chǎn)生的3 000多項(xiàng)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為民用并形成產(chǎn)業(yè)化，取得了巨大經(jīng)濟(jì)效益；帶動(dòng)了系統(tǒng)工程科學(xué)的建立和發(fā)展，并成為系統(tǒng)工程管理的典范。

反思前蘇聯(lián)登月計(jì)劃失敗的主要原因：一是違背科學(xué)規(guī)律壓縮研制時(shí)間；二是重型火箭的技術(shù)路線有重大缺陷，特別是一級(jí)火箭采用30 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)形成重大隱患；三是總設(shè)計(jì)師和卓越的組織者科羅廖夫突然離世。

在“登月競(jìng)賽”之后，美蘇兩國(guó)將重心轉(zhuǎn)向近地軌道載人航天，前蘇聯(lián)重點(diǎn)發(fā)展空間站，美國(guó)則重點(diǎn)發(fā)展航天飛機(jī)，探月進(jìn)入近20年的寂靜期，期間兩國(guó)主要開展月球數(shù)據(jù)和樣本的分析研究。

2.2 第二輪探月高潮（1994年—至今）

1994年美國(guó)“克萊門汀”環(huán)月探測(cè)器發(fā)現(xiàn)在月球南極可能存在水冰，引起國(guó)際廣泛關(guān)注。歐洲航天局（European Space Agency，ESA）、日本、印度和以色列等多個(gè)國(guó)家和組織紛紛加入月球探測(cè)行列，開啟了延續(xù)至今的第二輪探月高潮。近20 多年來(lái)，全球共實(shí)施了15 次無(wú)人探測(cè)，多數(shù)為環(huán)月探測(cè)，中國(guó)成功實(shí)現(xiàn)了月面軟著陸，成為繼美蘇之后第3 個(gè)著陸的國(guó)家。多個(gè)國(guó)家參與、科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)展并重、競(jìng)爭(zhēng)而不競(jìng)賽是這一時(shí)期的重要特點(diǎn)。

2.3 當(dāng)前發(fā)展態(tài)勢(shì)

月球探測(cè)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)更加激烈，各國(guó)競(jìng)相制定宏偉的實(shí)施規(guī)劃。近年來(lái)，美國(guó)、俄羅斯、歐州航天局、日本和印度等國(guó)家和組織都制定了長(zhǎng)遠(yuǎn)的月球探測(cè)規(guī)劃，歐州航天局推動(dòng)在月球南極建立月球村，俄羅斯規(guī)劃在月球南極著陸并建立月球基地，尤其是美國(guó)高調(diào)宣布宇航員重返月球，副總統(tǒng)彭斯表示：“與所有前沿領(lǐng)域一樣，空間的規(guī)則和價(jià)值將由首先到達(dá)并駐留的人來(lái)制定”，美國(guó)國(guó)家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）局長(zhǎng)布里登斯廷提出“國(guó)際探月只能在美國(guó)領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行”，充分反映了美國(guó)控制空間、控制月球的決心，月球探測(cè)將迎來(lái)更加激烈的競(jìng)爭(zhēng)[7-8]。

更加注重月球資源的勘查、開發(fā)和利用。近年來(lái)，航天的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益愈發(fā)受到重視，各國(guó)更加注重月球資源的應(yīng)用潛力。未來(lái)任務(wù)重點(diǎn)將集中在月球南極的水資源和各類礦藏的勘查、開發(fā)和利用，全月資源的高精度詳查，構(gòu)建長(zhǎng)期無(wú)人值守、短期有人照料的月球基地。

國(guó)際合作和社會(huì)資源的參與度提高。月球?qū)儆谌祟?，?lián)合國(guó)外空委規(guī)定任何國(guó)家和組織不得宣布占為己有。月球探測(cè)是一項(xiàng)和平利用空間的高風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)活動(dòng)，一些國(guó)家以國(guó)際合作的方式聯(lián)合進(jìn)行，如美國(guó)的“門廊計(jì)劃”、俄羅斯的“月球系列任務(wù)”等，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)、經(jīng)費(fèi)共攤、成果共享。月球的廣闊應(yīng)用前景引發(fā)了全社會(huì)的關(guān)注，在政府主導(dǎo)下，多國(guó)民營(yíng)資本等社會(huì)資源正在加入月球探測(cè)隊(duì)伍，美國(guó)以國(guó)家立法的方式，支持空間探索公司（SpaceX）、月球快車公司（Moon Express）、藍(lán)色起源公司（Blue Origin）等民營(yíng)企業(yè)開展月球探測(cè)，雖然引起國(guó)際空間法律界的爭(zhēng)論，但美國(guó)依據(jù)強(qiáng)大實(shí)力，率先在月球上“跑馬圈地”。

3 我國(guó)探月工程的進(jìn)展

我國(guó)自20 世紀(jì)60年代中期就開始著手月球科學(xué)領(lǐng)域的研究。1978年美國(guó)總統(tǒng)卡特向我國(guó)贈(zèng)送了1 g月球巖石樣品，我國(guó)科學(xué)家對(duì)其中的0.5 克進(jìn)行了研究分析。90年代初期和中期，我國(guó)開展了兩次探月方案論證，均因當(dāng)時(shí)航天測(cè)控通信能力和國(guó)家財(cái)力不足而擱淺。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和航天技術(shù)的發(fā)展，面對(duì)日本、印度競(jìng)相開展月球探測(cè)的嚴(yán)峻形勢(shì)，90年代末原國(guó)防科工委再次組織專家論證，提出了“繞、落、回”三步走的無(wú)人月球探測(cè)規(guī)劃（參見(jiàn)圖3），—期工程：2007年實(shí)現(xiàn)繞月探測(cè)；二期工程：2013年前后實(shí)現(xiàn)月面軟著陸探測(cè)與巡視勘察；三期工程：2020年前實(shí)現(xiàn)月面采樣返回。黨中央、國(guó)務(wù)院2004年批準(zhǔn)一期工程立項(xiàng)，拉開了我國(guó)深空探測(cè)的帷幕。

圖3 探月工程“三步走”規(guī)劃Fig.3 Three-step planning of Chinese lunar exploration

3.1 我國(guó)探月工程的實(shí)施

15年來(lái)，先后完成了“嫦娥1 號(hào)”“嫦娥2 號(hào)”“嫦娥3號(hào)”月地高速再入返回試驗(yàn)和“嫦娥4號(hào)”共5次任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了“五戰(zhàn)五捷”。

“嫦娥1號(hào)”實(shí)現(xiàn)繞月探測(cè)?！版隙?號(hào)”（見(jiàn)圖4（a））2007年10月24日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，在200 km 環(huán)月軌道上繞月飛行，獲取了我國(guó)首幅月面圖像（見(jiàn)圖4（b））和120 m 分辨率全月球立體影像圖[9]（見(jiàn)圖4（c）），以及月球表面14種元素含量和物質(zhì)分布特點(diǎn)等大量科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)，圓滿完成“繞”月任務(wù)。2009年3月1日受控撞月，在軌工作494 天，實(shí)現(xiàn)了38 萬(wàn)km 的遠(yuǎn)程測(cè)控通信，掌握了繞月探測(cè)技術(shù)，初步構(gòu)建了月球探測(cè)的航天工程體系，成為我國(guó)繼“東方紅1 號(hào)”衛(wèi)星和“神舟5 號(hào)”飛船之后航天發(fā)展的第3個(gè)里程碑，實(shí)現(xiàn)了中華民族飛天攬?jiān)碌那曩碓竅10]。

圖4 “嫦娥1號(hào)”衛(wèi)星、第一幅月圖及全月面立體圖Fig.4 Chang’E-1 spacecraft，the first photograph of moon taken by Chang’E-1，full-moon stereogram

“嫦娥2 號(hào)”首次實(shí)現(xiàn)“一探三”（飛行軌道示意圖如圖5（a））?！版隙? 號(hào)”衛(wèi)星于2010年10月1日成功發(fā)射，在100 km 環(huán)月軌道上，對(duì)全月球進(jìn)行了高精度立體成像（圖5（b）），并降至15 km 的近月軌道，對(duì)“嫦娥3 號(hào)”預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行了詳查；2011年8月，飛抵距地150 萬(wàn) km 的日-地拉格朗日L2 點(diǎn)，開展了環(huán)繞L2 點(diǎn)的空間探測(cè)[11]；又于2012年12月，飛抵距地700 萬(wàn)km 處，實(shí)現(xiàn)了與4179 號(hào)（圖塔蒂斯）小行星的交會(huì)飛越探測(cè)[12]，首次獲得了該小行星的高清圖像（圖5（c））。實(shí)現(xiàn)了用一顆衛(wèi)星對(duì)月球、日-地L2 點(diǎn)和小行星的多目標(biāo)探測(cè)，即“一探三”。首次獲得7 m 分辨率全月球影像圖；發(fā)現(xiàn)了月表鉻元素、微磁層、太陽(yáng)風(fēng)加減速等現(xiàn)象；使我國(guó)成為繼美歐之后第3 個(gè)實(shí)現(xiàn)日-地L2 點(diǎn)和繼美日歐之后第4 個(gè)實(shí)現(xiàn)小行星探測(cè)的國(guó)家；目前，“嫦娥2 號(hào)”已成為我國(guó)第一顆也是唯一一顆繞太陽(yáng)飛行的人造行星，創(chuàng)造了中國(guó)航天器數(shù)億公里的最遠(yuǎn)飛行紀(jì)錄[13-14]。

圖5 “嫦娥2號(hào)”“一探三”飛行軌道、7 m全月圖及4179小行星近距離實(shí)拍圖Fig.5 The trajectory of Chang’E-2 three objective exploration，7 meter resolution image of Full moon，the picture of 4179 asteroid

“嫦娥3 號(hào)”實(shí)現(xiàn)了月球著陸探測(cè)?！版隙? 號(hào)”探測(cè)器于2013年12月2日成功發(fā)射，13 天后在月球西經(jīng)19.5°、北緯44.1°的虹灣區(qū)精準(zhǔn)著陸，著陸器與“玉兔號(hào)”月球車成功分離、兩器互拍（圖6（a）、（b）），并分別開展了月面巡視和就位探測(cè)，圓滿完成“落”月任務(wù)。著陸器已在月面工作近6年，目前仍在正常運(yùn)行，刷新了國(guó)際月表探測(cè)的最長(zhǎng)紀(jì)錄。它實(shí)現(xiàn)了多個(gè)國(guó)際首次：采用全自主避障的軟著陸技術(shù)，結(jié)束了國(guó)際上無(wú)人月球探測(cè)盲降的歷史；采用月球1/6低重力下核熱源的能量控制技術(shù)，保障了探測(cè)器在-190 ℃極低溫度環(huán)境下的長(zhǎng)時(shí)間月夜生存；實(shí)現(xiàn)了在月球上同時(shí)開展“測(cè)月、巡天、觀地”科學(xué)探測(cè)（見(jiàn)圖6（c）、（d）），獲取了大量寶貴的原始科學(xué)數(shù)據(jù)；首次研制建設(shè)了天線最大口徑達(dá)66 m的大型地面深空測(cè)控通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)深空測(cè)控距離由幾十萬(wàn)km到數(shù)億km的重大跨越；一批中國(guó)元素被歷史性地永遠(yuǎn)鐫刻在月球上，“嫦娥3號(hào)”落月點(diǎn)被命名為“廣寒宮”，五星紅旗第一次在月球上熠熠生輝[15-16]。

“嫦娥4 號(hào)”實(shí)現(xiàn)了人類首次月球背面著陸探測(cè)[17-18]。2018年5月21日，承擔(dān)中繼通信任務(wù)的“鵲橋號(hào)”中繼通信衛(wèi)星成功發(fā)射，進(jìn)入地-月拉格朗日L2 點(diǎn)使命軌道；搭載發(fā)射的國(guó)際首顆自主奔月的科學(xué)試驗(yàn)微衛(wèi)星——“龍江號(hào)”，實(shí)現(xiàn)了繞月探測(cè)。2018年12月8日探測(cè)器成功發(fā)射，2019年1月3日成功著陸在月球背面預(yù)選著陸區(qū)，著陸器與“玉兔2號(hào)”月球車分離、兩器互拍（見(jiàn)圖7（a）、（b）），開展就位和巡視探測(cè)，任務(wù)取得圓滿成功。

首次利用衛(wèi)星中繼通信（見(jiàn)圖7（c）），支持探測(cè)器在月球背面著陸和巡視探測(cè)，是人類航天發(fā)展又一新的突破；直至第七月晝，月球車共行走238 m（圖7（d）），獲取了月球背面高清影像圖，開展了巡視區(qū)的科學(xué)探測(cè)（圖7（e）、（f）），揭開了古老月背的神秘面紗；實(shí)現(xiàn)了空間同位素?zé)?電源的研制和成功應(yīng)用，使我國(guó)成為繼美、俄之后第3個(gè)掌握核同位素?zé)?電源空間應(yīng)用的國(guó)家，并首次精確測(cè)量了月夜的最低溫度-196 ℃，打破了以往（最低溫度-180 ℃）的認(rèn)知；首次開展了月基低頻射電觀測(cè)和生物科普試驗(yàn)；首次搭載了多個(gè)國(guó)家的科學(xué)儀器，開展了中外聯(lián)合探測(cè)。

“嫦娥4 號(hào)”的成功實(shí)施，拉開了探月工程四期的序幕。

“嫦娥5 號(hào)”將實(shí)現(xiàn)月球采樣返回。它是三期工程主任務(wù)，將采用新研制的無(wú)毒無(wú)污染的“長(zhǎng)征5號(hào)”大型運(yùn)載火箭，在海南文昌發(fā)射場(chǎng)發(fā)射。探測(cè)器由月球軌道器、著陸器、上升器和返回器等4 器組成，將突破月面采樣（圖8（a））、月面起飛（圖8（b））、月球軌道交會(huì)對(duì)接、地球大氣高速再入返回等四大關(guān)鍵技術(shù)。

為降低工程風(fēng)險(xiǎn)，2014年10月，進(jìn)行了月地高速再入返回飛行試驗(yàn)，返回器采用“半彈道跳躍式”高速再入返回地球（見(jiàn)圖9），精確著陸在內(nèi)蒙古預(yù)選著陸區(qū)，驗(yàn)證了第二宇宙速度月-地精確返回技術(shù)，奠定了“嫦娥5號(hào)”任務(wù)基礎(chǔ)。

“嫦娥5 號(hào)”從月球采樣返回的成功，將驗(yàn)證除宇航員生存以外的載人登月主要關(guān)鍵技術(shù)。

圖6 “嫦娥3號(hào)”著陸器、“玉兔號(hào)”月球車、測(cè)月雷達(dá)探測(cè)的巡視區(qū)地質(zhì)剖面圖及極紫外望遠(yuǎn)鏡獲得的地球周圍等離子體層圖像Fig.6 The lander of Chang’E-3，Yutu lunar rover，the Geologic sectional drawing of Yutu patrol area，the plasmasphere image around the Earth

3.2 我國(guó)探月工程的成就

總體看，我國(guó)的探月工程起步晚但起點(diǎn)高，經(jīng)費(fèi)投入少但科技產(chǎn)出多，發(fā)射次數(shù)少但成功率高。15年來(lái)中國(guó)探月整體水平和能力快速發(fā)展，在世界探月領(lǐng)域正從“跟跑、并跑”走向部分“領(lǐng)跑”。

1）空間技術(shù)能力實(shí)現(xiàn)重大跨越。全面掌握了月球探測(cè)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、自主導(dǎo)航與控制、地外天體高精度著陸與巡視等技術(shù)；研制建設(shè)了全球布局合理、全天候全天時(shí)、與美歐并列的全球深空測(cè)控網(wǎng)（見(jiàn)圖10（a））；構(gòu)建了天地協(xié)同的月面遙操作、仿真和科學(xué)數(shù)據(jù)處理中心；具備了月球環(huán)繞、著陸、巡視探測(cè)和高速再入返回的能力；研制建設(shè)了一系列配套的大型、特種試驗(yàn)設(shè)施（圖10（b））；創(chuàng)新形成了包括核熱源、核電源空間應(yīng)用的一系列先進(jìn)試驗(yàn)方法、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，為后續(xù)火星、小行星等深空探測(cè)任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。工程完全是自力更生、獨(dú)立自主完成的，所有技術(shù)和方案都是“中華牌”[19-21]。

2）空間科學(xué)探測(cè)實(shí)現(xiàn)多個(gè)首次，取得多項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)[22]。獲得當(dāng)時(shí)國(guó)際上最高分辨率7 m全月圖；發(fā)現(xiàn)了地球周圍等離子體層的變化規(guī)律，引起國(guó)際高度關(guān)注；獲得國(guó)際首幅月球正面和背面地質(zhì)剖面圖，為研究月球的演化歷史提供了證據(jù)；氦-3、鈾元素的地質(zhì)分布數(shù)據(jù)被國(guó)際同行廣泛采用；月球背面甚低頻天文觀測(cè)填補(bǔ)了國(guó)際空白。獲得大量月球地質(zhì)、環(huán)境、形貌等原始科學(xué)數(shù)據(jù)，徹底改變了過(guò)去我國(guó)科學(xué)家只能依賴別國(guó)二手、三手?jǐn)?shù)據(jù)開展研究的局面，帶動(dòng)了我國(guó)空間物理、空間天文、行星科學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展，使我國(guó)月球科學(xué)研究邁入了世界前列。發(fā)現(xiàn)的新的地理實(shí)體，采用了 廣寒宮 天河基地 等27 個(gè)中國(guó)文化元素命名（見(jiàn)圖11（a）、（b）），極大增強(qiáng)了我國(guó)在國(guó)際上的話語(yǔ)權(quán)和影響力。

圖7 嫦娥4號(hào) 著陸器、 玉兔2號(hào)月球車、中繼通信示意圖、月球車前七月晝行駛路線、測(cè)月雷達(dá)探測(cè)的月球背面地質(zhì)剖面圖、及紅外光譜儀獲取的礦物組分類型和分布圖Fig.7 The lander of Chang? E-4 ，Yutu-2 lunar rover，the sketch map of relay communication，the route of Yutu-2 at the first seven lunar day，the Geologic sectional drawing of Yutu-2 patrol area，the distribution map of mineralogical composition

3）造就了一大批優(yōu)秀的科技研究和管理人才。通過(guò)10 多年的工程實(shí)施，一批年輕、優(yōu)秀的高層次人才在多層級(jí)的總指揮、總設(shè)計(jì)師崗位上得到歷練，逐步成長(zhǎng)形成開拓創(chuàng)新、具有世界眼光、善打硬仗的領(lǐng)軍人才；一批具有專業(yè)能力、獻(xiàn)身精神的30～40歲科技、技能和管理人才脫穎而出，成為各自領(lǐng)域的核心骨干和中堅(jiān)力量；涌現(xiàn)出一批杰出科學(xué)家和大國(guó)工匠，為后續(xù)工程和其它航天工程提供了有力的人才保障和智力支持。

4）開創(chuàng)了以我為主的航天國(guó)際合作新局面。通過(guò) 嫦娥4 號(hào) ，搭建了開放共享的國(guó)際科技合作的平臺(tái)，建立了以我為主、多國(guó)參與、資源共享的高水平國(guó)際合作的新機(jī)制和新模式。 嫦娥4 號(hào) 成功后，不僅美俄歐等航天大國(guó)和組織紛紛致電祝賀，而且美國(guó)還破天荒地主動(dòng)提出了與我國(guó)開展探月合作的意愿，顯著提升了中國(guó)國(guó)際影響力。

圖8月面采樣示意圖及月面起飛示意圖Fig.8 The sketch map of lunar surface sampling，the sketch map of lunar surface launching

圖9月地高速再入返回飛行試驗(yàn)飛行軌道示意圖、返回艙Fig.9 The sketch map of the high speed circumlunar return and reentry trajectory

圖10 中國(guó)深空測(cè)控網(wǎng)分布圖及1/6重力著陸懸停試驗(yàn)塔架Fig.10 The layout figure of Chinese deep-space TT ＆ C net，the hovering test tower under 1/6 gravity

5）形成了具有時(shí)代特色的探月精神。重大工程帶動(dòng)國(guó)家科技水平和實(shí)力的整體躍升是國(guó)際成功的經(jīng)驗(yàn)。美國(guó)的“曼哈頓計(jì)劃”促成了原子彈的快速面世，“阿波羅工程”的實(shí)施使美國(guó)科技實(shí)力和綜合國(guó)力大幅提升。同樣，探月工程的連續(xù)成功，是中國(guó)人民攀登世界科技高峰的偉大壯舉，是航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的重要標(biāo)志，對(duì)增強(qiáng)民族凝聚力，托舉民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)，具有重要的現(xiàn)實(shí)和歷史意義。隨著工程的成功實(shí)施，形成的“追逐夢(mèng)想、勇于探索、協(xié)同攻堅(jiān)、合作共贏”的探月精神，是繼“兩彈一星”和載人航天精神之后的又一精神食糧，將是激勵(lì)我國(guó)科技工作者，探索浩瀚宇宙，發(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)和科技強(qiáng)國(guó)的力量源泉，豐富了中華民族燦爛文明。

圖11 “嫦娥3號(hào)”著陸區(qū)“廣寒宮”地理實(shí)體名稱及“嫦娥4號(hào)”著陸區(qū)地理實(shí)體名稱Fig.11 The geographical entity of Chnag’E-3 landing area，the geographical entity of Chnag’E-4 landing area

3.3 經(jīng)驗(yàn)與啟示

實(shí)施探月工程是黨中央作出的重大戰(zhàn)略決策。探月工程的成功實(shí)施，主要有4點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)與啟示。

1）強(qiáng)有力的組織體系是工程順利實(shí)施的保障。探月工程作為國(guó)家重大科技專項(xiàng)，由中央批準(zhǔn)組建跨部門、跨行業(yè)、軍民結(jié)合的工程領(lǐng)導(dǎo)小組，組織協(xié)調(diào)決策工程重大問(wèn)題，從資金、人才隊(duì)伍、政策、配套等給予充分保障，為工程的順利實(shí)施提供強(qiáng)大支撐；探月工程技術(shù)挑戰(zhàn)多、實(shí)施難度大、任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)高，是一項(xiàng)復(fù)雜的大系統(tǒng)工程。全國(guó)航天、電子、核等工業(yè)部門，中國(guó)科學(xué)院，教育部所屬高校等2 000 多家單位，數(shù)萬(wàn)名科技工作者參加研制；通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)擇優(yōu)，廣泛吸收優(yōu)勢(shì)民營(yíng)企業(yè)參與，激發(fā)了多方創(chuàng)新創(chuàng)造的活力；從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)到發(fā)射和在軌運(yùn)行，技術(shù)的每一次突破、工程的每一步跨越，都是各領(lǐng)域各部門大力協(xié)同、攻堅(jiān)克難的結(jié)果，充分體現(xiàn)了新型舉國(guó)體制的制度優(yōu)勢(shì)。

2）創(chuàng)新是工程不斷實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展的根本動(dòng)力。我國(guó)探月工程起步比美蘇晚了近50年，所以必須立足國(guó)情，瞄準(zhǔn)世界前沿，走高起點(diǎn)、低成本的創(chuàng)新發(fā)展道路。堅(jiān)持系統(tǒng)創(chuàng)新，科學(xué)制定了環(huán)繞、著陸和采樣返回的“三步走”15年規(guī)劃，每一步走、每一次任務(wù)都是有效銜接，又是重大的技術(shù)跨越，每一次任務(wù)都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，“嫦娥4 號(hào)”更是實(shí)現(xiàn)了領(lǐng)跑。堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新，立足當(dāng)代水平，合理制定有特色的工程目標(biāo)和科學(xué)目標(biāo)，強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，狠抓核心關(guān)鍵。例如“嫦娥2 號(hào)”一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)3 個(gè)目標(biāo)探測(cè)，在國(guó)際上沒(méi)有先例；相比于前蘇聯(lián)連續(xù)多次著陸失敗，“嫦娥3 號(hào)”一次就取得著陸成功。堅(jiān)持管理創(chuàng)新，實(shí)施之初即成立工程領(lǐng)導(dǎo)小組、工程指揮和設(shè)計(jì)師系統(tǒng)，高效領(lǐng)導(dǎo)和組織實(shí)施；工程總體、五大系統(tǒng)、分系統(tǒng)、單機(jī)自上而下成立分級(jí)的管理、技術(shù)、質(zhì)量專門隊(duì)伍，進(jìn)行專項(xiàng)統(tǒng)籌管理，提高管理效力；設(shè)立顧問(wèn)和專業(yè)專家組，嚴(yán)格監(jiān)督、檢查和評(píng)估。堅(jiān)持開放合作，打開了以我為主、多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家積極參與，開展高科技合作的新局面，特別是“嫦娥4 號(hào)”搭載了德國(guó)、瑞典、荷蘭、沙特等多個(gè)國(guó)家的科學(xué)儀器，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，聯(lián)合研究，取得了很好的國(guó)際影響。部分創(chuàng)新成果見(jiàn)圖12。

3）精神和理念是探月工程成功和發(fā)展的源泉。探月工程實(shí)施周期長(zhǎng)，時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求嚴(yán)。工程研制隊(duì)伍始終堅(jiān)持國(guó)家利益高于一切，以確保任務(wù)成功作為自己的神圣使命，心懷夢(mèng)想、攻堅(jiān)克難、團(tuán)結(jié)協(xié)作、勇于擔(dān)當(dāng)。很多同志放棄國(guó)內(nèi)外優(yōu)厚待遇的誘惑，積極投身到探月事業(yè)；有的同志多年奮戰(zhàn)在研制和試驗(yàn)的一線，加班加點(diǎn)，長(zhǎng)期處于“5+2”、“白+黑”的狀態(tài)，有的同志甚至倒在了工作崗位上；為了完成“嫦娥2 號(hào)”與小行星交會(huì)的測(cè)控任務(wù)，深空測(cè)控站建設(shè)隊(duì)伍在東北冒著零下近30℃的嚴(yán)寒進(jìn)行施工，確保工程進(jìn)度；發(fā)射隊(duì)伍秉持“顆顆螺釘連著航天事業(yè)，小小按鈕維系民族尊嚴(yán)”等理念，確?！傲愦翱凇睖?zhǔn)時(shí)發(fā)射。飛控隊(duì)伍本著“首次要有百倍的信心，百次堅(jiān)持首次的標(biāo)準(zhǔn)”，確保精準(zhǔn)測(cè)控。研制隊(duì)伍自始至終地保持“嚴(yán)慎細(xì)實(shí)”的工作作風(fēng)，強(qiáng)化“如臨深淵、如履薄冰”的風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)。正是這些擔(dān)當(dāng)、奉獻(xiàn)、拼搏精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦砟钜庾R(shí)，確保了工程的連續(xù)成功。

圖12 “嫦娥4號(hào)”中繼星任務(wù)搭載發(fā)射“龍江號(hào)”微衛(wèi)星上哈工大學(xué)生研制的微型相機(jī)拍攝的月地合影，“嫦娥4號(hào)”任務(wù)中國(guó)內(nèi)首次研制的同位素電源、沙特相機(jī)拍攝的地月合影Fig.12 The Moon-Earth picture taken with the minicamera made by students come from HIT on LongJiang microsatellite，the first RTG made in China，the Moon-Earth picture taken with the camera made by Saudi Arabian

4 發(fā)展展望

當(dāng)前，我國(guó)正處于由航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的關(guān)鍵時(shí)期，月球與深空探測(cè)是航天強(qiáng)國(guó)的重要標(biāo)志和各國(guó)競(jìng)相搶占的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。我國(guó)月球探測(cè)雖然取得了舉世矚目的成就，但與基礎(chǔ)雄厚、規(guī)模龐大、技術(shù)先進(jìn)的美國(guó)和俄羅斯相比，我們還有不小的差距。面對(duì)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，我們應(yīng)保持戰(zhàn)略定力，不跟風(fēng)、不競(jìng)賽，立足國(guó)情，按既定戰(zhàn)略規(guī)劃持續(xù)推進(jìn)后續(xù)任務(wù)的實(shí)施，不斷創(chuàng)造新的中國(guó)高度。從月球環(huán)境、技術(shù)發(fā)展和經(jīng)費(fèi)規(guī)模綜合考慮，后續(xù)我國(guó)將重點(diǎn)發(fā)展無(wú)人月球科研站，適時(shí)開展載人登月活動(dòng)。

月球南極古老的月坑可能存在水冰（見(jiàn)圖13），并蘊(yùn)藏豐富的礦物資源，具有重要的探測(cè)價(jià)值，且有100多天連續(xù)光照等特點(diǎn)，已成為國(guó)際月球探測(cè)的熱點(diǎn)。因此，后續(xù)工程主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)以機(jī)器人為主要手段的月球南極科學(xué)探索研究和資源探測(cè)應(yīng)用，形成復(fù)雜月面環(huán)境、長(zhǎng)周期月球探測(cè)的能力，構(gòu)建月球科研開發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施（見(jiàn)圖14）。

圖13月球南極可能的水冰分布示意圖Fig.13 The sketch map of water-ice distribution

圖14月球科研站基本型假想圖Fig.14 The imaginary Map of Lunar Research Station fundamental form

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)未知世界的探索是人類發(fā)展的永恒動(dòng)力，對(duì)浩瀚宇宙的探測(cè)是人類拓展生存空間的必由之路。當(dāng)哥倫布從歐洲的港口起航，沒(méi)有人知道他會(huì)發(fā)現(xiàn)一塊新大陸；當(dāng)萊特兄弟從自行車修理間制造出“飛行者1號(hào)”，沒(méi)有人知道蔚藍(lán)色的天空會(huì)迅速成為人類的活動(dòng)疆域；600年前，我們擁有世界上最強(qiáng)大的船隊(duì)，但最終卻放棄了海洋，因此不能再失去太空。世界航天100年，中國(guó)航天發(fā)展60年，航天深刻地改變了人類的生產(chǎn)生活方式和對(duì)宇宙的認(rèn)知，今天我們從月球起步，不可想象100年后又將會(huì)到達(dá)哪里，取得怎樣的輝煌成就！

探月與深空探測(cè)工程使命光榮、任務(wù)艱巨、充滿挑戰(zhàn)。我們將大力弘揚(yáng)探月精神，堅(jiān)定不移地走中國(guó)特色的太空探索之路，為人類和平利用太空、推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體貢獻(xiàn)更多中國(guó)智慧、中國(guó)力量！