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天文航天知识——十万个为什么
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嫦娥三号三大任务观天穹看地球测月宫

  嫦娥三号怀抱玉兔奔往月球,开始了人类探测月球的一段新旅程。据统计,1958年至嫦娥三号之前,世界上共进行了129次月球探测活动。人类为何对月球情 有独钟?嫦娥三号所携带的着陆器和月球车将怎样开展工作?着陆月球后,嫦娥三号是否能遇到四年前“撞月”的嫦娥一号残骸?针对这些问题,北京晨报记者昨天 专访了中国绕月探测工程首席科学家、中国科学院院士欧阳自远。

  ■揭秘

  落月过程

  月球车搭着陆器舷梯登月

  对于这段着陆器和月球车的首次联合探测之旅,人们充满了期待和好奇。而安全着陆是嫦娥三号这段神奇之旅要闯过的第一道关。

  欧阳自远介绍说,“嫦娥三号”发射后,大约经过4天半的航程,到达月球附近被月球捕获,成为月球的卫星。嫦娥三号通过轨道调整,形成近月点为15公里的椭圆轨道,在近月点向目标着陆区下降。

  “由于月球表面几乎没有大气层,不能利用降落伞降落,为了减缓嫦娥三号的降落速度,着陆器底部的发动机反推着陆器”,欧阳自远解释说,当着陆器降落至距离月面100米高度时,悬停在空中,着陆器下方的降落相机充当了眼睛的作用,拍摄到月面的地形地貌,着陆器根据取得的月面信息,再平移到月面地形地貌平缓的区域,垂直下降,但仍然需要用发动机反推,降低下降的速度。

  当着陆器降落到距离月表4米高度时,着陆器悬停在空中,关闭反推发动机,着陆器以初速度为0的自由落体方式降落,并将腿部支架扎进土层。此后,着陆器伸展太阳能电池板,取得电能之后,开始检测各项设备和仪器的功能,着陆器开始工作。

  着陆器释放出舷梯,解开锁紧的月球车,着陆器携带的月球车从舷梯走到月面,展开太阳能电池板,取得电能之后,开始检测各项设备和仪器的功能,然后月球车开始工作。

  立体探测

  测月、观天、看地三位一体

  释放了月球车的着陆器,将投入到新的工作当中。欧阳自远说,固定在着陆位置的着陆器,装配有360度全景照相机等各种照相机,对着陆区的地形地貌、地质构造进行拍摄。

  着陆器携带的近紫外月基天文望远镜,对星系和恒星进行观测,实现“观天”的科学目标,因为月球是天文学家梦寐以求的天文观测场所。

  着陆器携带的极紫外相机将对地球的等离子体层的结构与密度进行监测,研究地球空间环境的变化,实现“看地”的科学目标。

  “阿波罗-16曾经在月球上设置的极紫外相机,相机的波段和探测的目标完全不同于嫦娥三号。近紫外月基天文望远镜和极紫外相机都是国际上首次在月球上开展的科学探测,实现从月球上‘观测天文,监测地球’。”

  智能探月

  拍摄区域小于海淀区面积

  欧阳自远说,月球车是我国最高智能“机器人”,可以自主导航,自主选择探测路线,自主上下坡,规避撞击坑和大型障碍物体。

  安装在月球车上的各种照相机拍摄月球车周围的地形地貌;根据预先注入计算机的程序,月球车在不同的位置停下来,指挥粒子激发X射线谱仪,测定月表的土壤化学成分,红外光谱仪探测着陆区土壤的矿物组成。

  欧阳自远还介绍说,月球车底部的测月雷达主动发射雷达波探测月表下20米深度月壤层的结构,和对100米深度内的次表层结构进行探测。“测月雷达是国际上首次在月球表面探测月球20米和100米深度内结构的设备,实现‘测月’的科学目标。”

  当月球车从着陆器上走出来后,其实也走不了多远,拍摄下的区域没有海淀区面积(全区面积430.8平方公里)大。

  数据处理

  密云和昆明分别接收数据

  欧阳自远说,着陆器和月球车在月面的工作至少长达3个月,也就相当于月球上的三昼夜。根据科学探测任务的需要,将尽可能延长两个探测器在月面的探测时间。

  着陆器与月球车根据地面的指挥,将探测数据分别发送到北京密云直径50米的地面接收站和昆明直径40米的地面接收站,两个地面接收站用光缆传输到北京数据接收处理中心,进行解包、处理、各种校正、应用、储存和发布。

  ■释疑

  与嫦一落月点

  相距3千公里

  事实上,嫦娥三号此次着陆月球,并不是嫦娥“家族”的第一次了。2007年发射的嫦娥一号绕月卫星,在完美地完成了绕月使命后,于2009年3月成功受控撞月。不过,嫦娥一号的撞月和此次嫦娥三号要进行的落月,是两个不同的着陆概念,一个是硬着陆,一个是软着陆,一个已经粉身碎骨,一个将要以完整的身形永远地留在月球。

  那么此次嫦娥三号的落月地点和嫦娥一号的撞月地点距离有多远呢?嫦娥三号所携带的相机是否能拍摄到嫦娥一号的残骸呢?

  对此,欧阳自远介绍说,嫦娥一号是受控撞击月面的丰富海地区,当时选择了月球的白天进行撞击,并获取了1469千米撞击路径的三维立体照片,“她已经圆满完成任务,粉身碎骨,壮烈牺牲。”嫦娥三号的着陆器具备测控通信畅通,能源充足,着陆地形比较平坦,距离以前的着陆器也比较远。两个地点的距离大约3000千米。

  欧阳自远指出,嫦娥三号将永远留在月球上。即使100年以后也将仍然留在原地,经过该位置的月球卫星仍然很容易找到并拍摄照片。

  ■点睛

  探月好像迈出家门槛

  月球是距离地球最近的天体,从诞生之时就万古不息地陪伴着人类的蓝色家园——地球。探索月球,探索星空,探索未知世界,自古以来就是人类美好的愿望和不懈的追求。联合国签署的《月球条约》规定,月球不属于任何国家,但允许各国开发利用。

  那么,对人类来说,月球的魅力到底在哪里?欧阳自远向北京晨报记者解释了两大奔月原因。其一,月球是人类离开地球跨上另外一个天体的第一步,任何国家要去探测更遥远的金星、火星、木星,一般来说都要经过月球,月球就好像是走出家门的门槛一样。所以从技术要求来说,要去探测月球,也比较容易实现。

  其二,月球有两种重要能源:第一种是太阳能。月亮表面是真空,没有任何建筑物,太阳一出来就半个月;而地球上有大气层,阻挡了一部分太阳的辐射,另外,受到风霜雨雪变化的影响,太阳能在地球上也分布不均匀。所以月球上太阳能的密度比地球上高得多。

  第二种能源是氦3。欧阳自远解释说,我国参加了一个在法国建设受控核聚变反应堆的项目。假如这种发电能够实现的话,供应全中国的能源需求每年大约只需8吨氦3,全世界每一年需要的能源,也只要100吨氦3。地球上的氦3极少,可月球上有100多万吨氦3,至少可以确保人类上万年的能源需求。“嫦娥三号”有一个任务,要把土壤层的厚度全部测出来,这样就可以换算出整个月球有多少氦3。

  欧阳自远指出,除此以外,月球还有极其丰富的其他资源,比如钛、稀土、铀、钍等。欧阳自远说,月球将来也许是人类持续发展的一个重要支持者。探测月球是人类发展的需求,也是科学发展、技术发展的需要,因为它可以带动一大串高新技术的发展。

  开创双探测器探月先河

  欧阳自远说,嫦娥三号是包括两个探测器的总称,即着陆器与月球车。嫦娥三号的任务是两个探测器对虹湾着陆区开展精细的联合探测,着陆器在月面开展就位探测,月球车进行巡视探测。历史上已有的着陆器或月球车探测月球,都是单独开展探测,还没有组织着陆器与月球车联合探测,这是嫦娥三号的重要特色。嫦娥三号的科学探测中最具特色与创新之处是“观天、看地、测月。”


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