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国际月球探测的发展历程和方向 月球是距离地球最近的天体，是人类开展深空探测的首选目标。月球是研究地球、地-月系和太阳系的起源与演化的重要对象，具有可供人类开发和利用的各种独特资源，也是人类向外层空间发展的理想基地和前哨站。月球同时是研究空间天文学、空间物理学、月球科学、地球与行星科学和材料科学的理想研究场所。 自古以来，人类对月球有着无限的神往。人类认识月球，经历了从原始崇拜的流传神话开始，后来进行天文观测，发射航天器进行探测，乃至人类登上月球进行实地考察等过程。综观人类对月球的探测活动，可以划分为“探”、“登”、“驻（住）”三个阶段：“探”指对月球情况进行近距离或有接触的无人探测；“登”是指人登上月球，与月球直接接触，进行有人直接操作的探测；“驻（住）”分两个层次，一是驻，即人携带设备登陆月球后很快返回，设备仪器驻留在月球上开展探测活动。二是住，即人在月球上长期居住和工作。到目前为止，人类对月球的探测基本上大都停留在第一个阶段“探”上，只有美国实现了第二个阶段“登”。从目前美、俄、日等国发布的月球探测计划看，他们都瞄准在月球上建立有人或无人照料的月球基地，准备开始进行第三个阶段的探测。 月球探测的发展历程 从 纵观近半个世纪以来开展的月球探测活动，可以总结为六种探测方式： 掠月探测 掠月探测是发射月球探测器从距月球几千公里到几百公里处飞跃，对月球表面进行摄像，但可拍摄的时间很短。 撞击月球 撞击月球也称为硬着陆，即发射探测器直接撞击月球表面，并在坠落过程中对月近距离摄像。苏联的月球－2探测器于1959年9月首次实现月球硬着陆；美国的“徘徊者”系列探测器的主要目标是为了试验月球硬着陆，共发射了9颗，前6次都失败，1964年徘徊者-7成功实现月球硬着陆，随后徘徊者8、徘徊者9也相继撞击月球表面，并发回了大量高分辨率的照片，为勘测者系列和阿波罗计划提供了大量有价值的数据。 落月探测 落月探测也称为软着陆，即发射月球软着陆器平稳降落在月球表面，利用携带的探测器在着陆区进行就位探测。一些软着陆器还携带月球表面巡视勘察器，即通常所说的“月球车”，在月球表面实现巡视勘查，获取更大区域月面的探测信息。从1963年到1966年，为了实现月球软着陆技术，苏联共发射了11枚探测器，历时3年时间，直到月球9才首次实现了软着陆；1970年，苏联发射了月球－17，它携带了世界上首台成功运行的无人月球车，在月球上工作了11个月，行程 绕月探测 绕月探测也称环月探测，即发射绕月飞行的探测器，在月球轨道上，通过各种遥测手段，对大部分月面进行探测。1966年，苏联的“月球－10”探测器首次实现环月飞行，1968年，美国的“阿波罗-8”首次实现了载人环月飞行。 自动采样并返回 自动采样并返回，是利用探测器在月球上软着陆，自动采集月球岩石和土壤样品并返回地球，然后在地球实验室对样品进行精细的分析研究，为月球的成分组成分析提供更充分的依据。从 载人登月 载人登月即使用载人登月飞船在月表软着陆后，由宇航员现场考察、安装仪器、采集样品并送回地球，进行实验室分析；后期发射的载人登月飞船还携带月球车，主要用于扩大宇航员的活动范围和减少体力消耗。美国二十世纪六七十年代成功发射过6艘“阿波罗”载人登月飞船。宇航员们在月球上共停留近280个小时，带回月球岩石标本2415块，进行了包括月壤力学特性、月震、热流、月面测量、磁场和太阳风等多项实验和探测，获得了大量科学数据。 总的来讲，至今全球探月活动可大致分为以下３个阶段： （１）第一次探月高潮（1959～1976年）。在此期间美国和苏联共发射83个探月器，成功45个，成功率为55.5%。这一阶段的探月活动获得了极为丰富的信息，改变了过去基于地面观测所形成的许多传统认识，把人类的视野延伸到了宇宙深处，促进了一系列航天科技的新发展，带动了一系列技术创新与推广应用。 （2）总结反思阶段（1976～1994年）。在此期间除日本发射“飞天”探测器外，基本没有进行探月活动，主要原因是美苏太空竞赛逐渐缓解；探月成本太高，引起很多人质疑，故要总结以往的经验与教训，研究新的探测思路和战略；已得到的探测资料需进行全面、充分的分析研究，以把月球研究提到更高的理性认识阶段。在第一阶段取得的探测成果和数据的基础上，开展大量的科学研究，并对其形成的技术成果进行消化和转化，进一步扩大了第一阶段探月的成果。 （3）重返月球阶段（1994年至今）。进入20世纪90年代，月球再次引起各航天大国和新兴航天国家的关注，出于大国在政治、经济、科技等领域竞争和发展的需要，具备一定航天基础的大国都认识到航天探测尤其是深空探测对综合国力增长的强大带动作用，纷纷制定和公布新的月球探测计划。 目前，世界主要航天国家和机构正酝酿在近20～30年内联合建立永久性月球基地，开发和利用月球的资源、能源和特殊环境，为人类社会的可持续发展服务。未来的月球探测目标更明确，规模更宏大，参与国家更多，并将以国际合作方式为主。新的探月行动将会把科学探索和经济利益结合起来，以探测月球资源为主，为未来月球资源的开发利用打下基础。它包括研究月球矿产资源的分布与利用方案，开发月球特殊的空间环境资源，选定和建设月球基地等。 国际月球探测的计划与现状 1、美国 美国在1994年恢复探月活动，发射了“克莱门汀”号月球探测器，虽然其主要任务是试验“星球大战”计划研制的仪器，但在科学上取得了丰富的成果。 “月球勘探者”采用了一些低成本的飞行器设计，结构较简单。它提供了月面一些重点地区大量的基础性数据，所得数据要比“克莱门汀”探测器详细得多。这对于了解月球的起源及其整体构造是十分重要的。“月球勘探者”的初步勘测充分表明，月球两极存在大量零散的冰块，且北极藏冰量约为南极的两倍，总储量为60亿吨。这些冰块分别散布在月球北极近5万平方千米和南极近2万平方千米的范围之内。这一发现证实了这样的猜测：在过去几十亿年里，冰彗星和冰陨石撞击月球时，把冰留在了月球上。由于陨石坑底终年不见阳光，使得这些冰块未曾得以融化和蒸发。 “月球勘探者” “月球勘探者”的研制符合美国更快、更好、更省的空间探索方针。它造价仅2000万美元，重 重返月球计划各阶段的主要任务目标如下： 2008年机器人轨道任务对月球进行精密制图； 2009年机器人月面着陆，测试系统能力，为未来系统开发收集工程数据，探测月表资源、环境特点，获取科学研究成果，特别是关于早期太阳系的地理特征记录； 然后计划演示机器人组网能力、可重复使用行星表面着陆和起飞系统，就位获取推进剂和资源提取技术等。这些任务将作为2015～2020年载人登月的基础，将测试机器人和人作为一个整体探测火星及其它太阳系天体的体系； 2018年实现载人重返月球。 2006年底，NASA公布了再次登月的九大天文学目标、重返月球的181件事以及美国探月任务的初步情况。NASA探月计划的总目标是建设月球基地，计划先期开展一系列机器人任务，随后于2020年前完成首次载人任务。整个载人月球飞行计划的初级阶段计划花费超过1000亿美元。 月球勘察轨道器 首次无人探测任务是“月球侦察轨道器”，计划于2008年10月发射升空。 NASA还计划在月球的南极或北极附近建造一个太阳能动力的月球基地。通过月球基地，NASA将开展广泛的科学研究并学习利用月球的自然资源生存，为探索火星做准备。 除此之外，NASA还开展了一系列探月相关的配套研究。如试验一种可用于建造月球基地的可膨胀结构、进行月球太空舱发射技术的研究、研究月球成像技术、在水下进行太空医药学概念和月球漫步技术试验、保障宇航员未来登陆安全的研究以及研发可用于国际空间站、月球和火星的新宇航服等。 2、欧洲 欧空局早在1994年就开始制定“欧月”2000计划，目的是在月球上进行基础设施建设，开发和利用月球资源。 SMART-1有两项主要任务：一是试验太阳能电推进技术，二是对月球进行研究和测绘。整个飞行过程可分为4个阶段，即发射与早期入轨阶段、地球逃逸阶段、月球俘获阶段和月球观测阶段。它升空后将首先进入地球同步转移轨道，再利用自身的太阳能电推进装置极缓慢地提升轨道高度，用约15～17个月的时间逐步进入环月轨道。进入1000千米×10000千米的月球极轨道以后，SMART-1开始对月球进行探测，重点是月球南极的黑暗区域。它的任务之一是研究月球的构成、矿物质的精确成分以及水的存在与数量等悬而未决的科学问题，以帮助科学家认识地-月系统以及类地行星，并为人类在月球上长期居住提供重要信息。它还对一座称为“常明峰”的月球山进行近距离观测。这座山峰终年都有阳光照射，而它周围的月坑又终年不见阳光。观测的主要目的是看这些坑内有没有水冰。 但是，SMART-1的首要任务不是探月，而是验证新技术。它是世界上第一个综合利用太阳能电推进系统和月球引力的空间探测器，此前欧洲还从未把太阳能电推进系统作为主推进系统使用。电推进试验将验证以微小推力推进方式实现深空探测的技术。这也是SMART-1与以往的深空探测器最大的不同点。试验成功后，今后将在更远距离的飞行中采用这种推进系统。电推进比通常采用的化学推进系统效率高10倍。 2007年，完成返回船论证任务； 2009年，完成火星生物学研究，寻找火星上的生命迹象； 2011年，取回火星样品； 2014年，进行人类登陆火星的技术论证； 2018年，完成先驱性技术任务； 2024年，欧洲航天员登上月球； 2026年，自动探测器登陆火星； 2030年，为人登陆火星做前驱准备； 2033年，实现人类登陆火星的梦想。 2007年1月，欧空局在爱丁堡主办了欧洲太空长期探索主题讨论会。会上成员国一致认为目前最重要的是，制定并关注欧洲独立的太空探索计划，并了解如何使其与全球的航天计划相结合。同时也有专家建议，鉴于财力和人力有限，欧洲应在太空探索中发挥更多的自主性，集中力量探索火星，暂不参加美国倡议的月球探测计划。随后法国议会出台的一项报告指出，面对如此严峻的航天竞争，欧洲应该增加投入加强航天探索。 而就在2007年1月和3月，英国和德国先后提出要甩开欧空局，各自单独进行探月，意大利也曾宣布将实施一项国家月球探测计划。英、德等国的这一决定，再次掀起轩然大波，但是否会影响欧空局的曙光计划，还有待于观察。 3、俄罗斯 20世纪90年代，俄罗斯曾制订过其第二个探月计划，并准备于1997年底开始实施，目标是提取月球上的氦-3，以满足能源需要。该计划分三个阶段：1997～2001年发射几个探测器，建立月球探测网，全面绘制月球图；2001～2010年发射月球车，采集月岩样本运回地球分析，以确定其中的矿物含量和矿藏所在地；2010年后建立月球基地，研究采矿工艺。后因资金问题，该计划没有按时实施。自1996年发射“火星”96探测器失败后，俄再也没有发射探月器。 俄罗斯能源公司宣布俄罗斯计划于2011年至2012年开展首次载人环绕月球飞行，并在此后进一步开发月球资源。该公司月球探索计划分三阶段：新型“联盟”号飞往月球；在月球建立永久性基地；对月球表面展开氦－3的工业性开发。 俄罗斯航天局对此指出，目前俄罗斯并未制定对月球及更远行星的探索计划，目前的主要任务仍然是载人航天飞行的研发。根据《俄联邦2006—2015年太空发展计划》，俄罗斯并没为探月计划留有经费。由于预算短缺，俄罗斯航天局曾表示，如果美国提供必要的经费，俄罗斯愿意参与美国的探月计划，但这一请求遭到了美国的拒绝。 4、日本 由于技术复杂，探月原来一直是美苏的“专利”。1990年1月，日本率先打破了美苏的垄断，成功发射了“飞天”（“缪斯”A）探月器，成为第三个探月的国家。该探测器重 2007年1月，JAXA决定中止月球探测器“月球－A”的发射计划。该探测器计划携带两个穿透式着陆器在接近月球后将其发射并穿透月表，探查月球内部的构造、组成和热状态等。JAXA表示，由于着陆器技术难关迟迟未能攻破，致使先于着陆器10余年开发完成的探测器严重老化，探测器老化以及卫星设计缺陷都是“月球－A”计划被中止的主要原因。相关部门因种种原因临时调整运载火箭发射安排，也影响了整个“月球－Ａ”计划的进度。这些都暴露出日本航天研究领域项目间协调不利的问题。另外由于英国航天局也提出了类似的探月计划，日本也不排除与英国合作的可能。 2006年末，日本宇航探索局（JAXA）宣布计划在2030年建成月球基地，并将允许2-3名宇航员停留。 目前，日本还正在研制“月女神”（SELENE，全称为“月球与工程探测器”）探测器，计划于2007年8月发射。 “月女神”任务将实现3大目标： （1）进行全球、高精度观测，以研究月球的起源和演变； （2）数据将用于研究未来月球利用和载人探测的可能性； （3）开发未来月球探测技术。 “月女神”包括主轨道器和两颗子卫星（中继卫星和VRAD卫星）。主轨道器将观测月球表面的元素和矿物分布、表面和亚表面结构、重力场、剩余磁场以及高能粒子和等离子体环境。中继卫星（RSAT或Rstar）将中继主轨道器和地面站之间的多普勒测距信号，实现世界上首次直接测量月球背面的重力场。中继卫星和VRAD卫星上的差分甚长基线干涉仪（VLBI）射电源用于最精确地确定月球的重力场。 5、印度 印度首席科学家称，印度有望于2007年末发射首个本土研制的“月球初航”（Chandrayaan-1）航天器。如果此次任务成功，将随后启动月球着陆计划——“Chandrayaan 印度目前正实施“月船”1探月计划，已于今年开始装配，预计2008年3～4月发射。“月船”1探测器重 “月船”1拟用“极轨卫星运载器”(PSLV)送入地球同步转移轨道。探测器随后将利用自身推进系统进入 6、英国 英国的航天科学家 “月光”行动预计耗资7500万英镑，主要任务是从月球轨道器上向月球发射4个 据悉，这2项计划将分别耗资5000万至1亿英镑，由英国政府和民间机构共同承担。 7、德国 完成这一项目后，德国还计划在2020年前发射能够对月球土壤取样的无人探测器。 德国提出独立展开探月项目标志着曾在第二次世界大战前领导全球航天技术的德国正重拾“太空梦”，这对德国人来说意味着一次“信心上的飞跃”。 未来发展方向：NASA公布“全球探测战略”和探月体系 想象中可长期居住的月球村 NASA于 NASA副局长沙娜？戴尔正负责领导由世界上14个航天局参与的一项长期战略制订工作。她说：“这一战略将使相关国家能利用它们的能力以及资金和技术贡献，使全球各地可用的知识和资源得到最优利用，从而帮助加强一项协同的行动，推动我们进入这一新的发现和探索时代。” “全球探测战略”重点涉及两大综合性问题：为什么应重返月球和到月球上要做什么。该战略提出了一整套开展载人和无人月球探测的理由。NASA拟议中的探月体系则把重点放到第三个问题上，即人类怎样才能完成探月的使命。 我们到月球上去做什么？ 2006年4月，根据国会的要求，并为了实现NASA战略规划和美国空间探索构想中提出的目标，NASA启动了“全球探测战略”制订工作。该战略仍在基于1000多位人士之间的一项长时间对话而不断完善。这些人士包括来自NASA和其它13个航天局以及非政府机构和商业团体的专家。澳大利亚、加拿大、中国、欧洲、法国、德国、英国、印度、意大利、日本、俄罗斯、韩国和乌克兰航天局的专家参与了这项工作。 NASA规划人员把这一国际性工作组的想法以及学术界、私营部门和普通公民的意见作为起草美国重返月球蓝图的依据。NASA于2006年5月成立的探月体系工作组得出的结论是，最优越的办法是建设一座太阳能月球基地，并把地址选在月球的一极附近。有了这一前哨站，NASA将学会利用月球的自然资源实现自给自足的生活，为远赴火星做准备，开展广泛的科学考察，并鼓励国际参与。 按目前的设想，美国将首先派出由4人组成的机组执行几次为期一周的登月任务，逐步建立起探月能力，直到使电力供应、漫游车和居住设施达到实际运行水平。首次载人登月飞行将在2020年前开始进行。随后将进行为期180天的飞行，以为火星旅行做准备。 拟议中的探月体系要求开展旨在为载人飞行提供保障的无人先期探测任务。这些先期探测任务涉及着陆场侦察、自然资源勘测以及载人着陆器技术风险的降低。 进入2007年，NASA将继续细化其探月体系，保持2006年启动的开放式对话，以图进一步完善“全球探测战略”。NASA的目标是实现持续的空间探测，并使各参与机构能利用多方受益的成果实现各自的目标。 NASA公布的一个月球前哨站模拟图 1、为什么应重返月球？ 为什么应重返月球？在过去一年里，NASA拿这个问题问了世界各国的1000多人。他们当中有科学家、工程师、企业家、航天支持者和普通公众。对于这个发人深思的问题，他们都给出了自己的回答。 基于他们的答复，NASA和世界上的13个其它航天局一道开展了“全球探测战略”的制订工作。该战略旨在解释为什么国际社会认为人类应该进行空间探测、空间探测怎样才能为地球上的人类造福以及月球怎样才能在太阳系探测工作中扮演关键性的角色。2006年全球航天界试图完成的主要工作之一便是回答这样两个问题：“我们为什么应重返月球？”和“我们想通过探月来达到什么目的？” 2、探月主题 通过最近进行的“全球探测战略”讨论，NASA总结出了6个探月主题。该局在拟定这些主题时对全球航天界提出的问题就是“我们为什么应重返月球？”。根据所得到的答复，NASA找出了6个共同感兴趣的领域，从中可以反映出世界上对月球探测价值的认识。NASA基于这6种想法，与其它航天局一道制订出了下述这6个探月主题： （1）人类文明——把人类的存在范围扩大到月球，以最终实现在那里定居。 （2）科学知识——开展科学活动，以回答有关地球、太阳系和宇宙的历史以及人类在其中所处的位置的基本问题。 （3）探索准备——试验技术、系统、飞行操作和探测方法，以降低未来对火星乃至更深远的地方进行探测的风险，并提高探测效率。 （4）全球合作——把具有共同目标的国家团结在一起，开展一项具有挑战性、共同参与和和平性的活动。 （5）经济扩展——扩大地球的经济圈，并开展有助于改善地球上的生活的月球活动。 （6）公众参与——利用一项充满活力的空间探索计划来吸引公众、激励学生并帮助培养应对未来挑战所需的高技术队伍。 3、探月目的 NASA从“全球探测战略”的制订过程中总结出了近200项探月目的。该局在拟定这些目的时对全球航天界提出的问题是：“我们想通过探月来达到什么目的？”。它利用对这一问题的众多答复编制了一个数据库，其中囊括了人类在月球上可以做的近200件事情。这些探月目的旨在把参与探月的人员可能想开展的各种活动都涵盖在内，而这些活动可能由NASA来完成，也可能由别的航天局、私营公司、大学乃至致力于空间探测的任何其它单位或个人来完成。 最重要的是，每项探月目的都有助于实现至少一个探月主题下所界定的广泛目标。例如，“研究月球上的月坑”这一目的与“科学知识”这一主题相关，因为研究月坑将有助于我们更多地了解月球和太阳系。通过把目的与主题联系起来，类似于NASA这样的机构可以更好地认识要实现其目标所必需开展的具体活动。 NASA将从探月主题和目的中寻找思路，并开始制订NASA准备在月球上开展的活动的时间表。这些主题和目的并不构成美国政府或NASA的政策，也不代表NASA或全球航天界的任何部门计划开展的活动。它们并不反映需要制订国内立法或签署国际协议来加以实施。NASA只是为制订这些主题和目的提供了便利，而这些主题和目的也仅仅是美国及其潜在国际合作伙伴在开始制订探月体系时要考虑的一组数据。 |
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