2010年10月1日，我國嫦娥二號(hào)月球探測衛(wèi)星升空。經(jīng)過5天的飛行和首次近月制動(dòng)，它于10月6日進(jìn)入近月點(diǎn)100千米、遠(yuǎn)月點(diǎn)8000千米的大橢圓型繞月軌道。后又經(jīng)過2次近月制動(dòng)，于10月9日進(jìn)入高100千米、周期117分鐘的極月圓軌道，即最終的工作軌道，對月球開展多種科學(xué)探測。

繼往開來

我國的探月工程分為三期：繞月探測、落月探測和采樣返回探測。目前，繞月探測已由2007年10月24日發(fā)射的嫦娥一號(hào)月球探測衛(wèi)星全部實(shí)現(xiàn)，對月球進(jìn)行了全球性普查。我國現(xiàn)已開始實(shí)施二期工程，即落月探測，對月球進(jìn)行區(qū)域性詳查。從獲取探測數(shù)據(jù)的直接性和豐富性的角度來看，軟著陸探測和巡視勘察是其它探測形式所不能替代的。但它要突破一系列關(guān)鍵技術(shù)，從而進(jìn)行更為詳細(xì)的月表形貌與地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查、月表物質(zhì)成分和可利用資源調(diào)查、月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究、日-地-月空間環(huán)境探測和月基光學(xué)天文觀測。

由于探月二期工程需要攻克的關(guān)鍵技術(shù)多、技術(shù)跨度和實(shí)施難度大，為此經(jīng)過反復(fù)論證決定，為了降低探月二期工程的風(fēng)險(xiǎn)，在發(fā)射我國首個(gè)月球著陸探測器嫦娥三號(hào)之前，我國先發(fā)射了嫦娥二號(hào)月球探測衛(wèi)星充當(dāng)開路先鋒。它是探月二期工程的技術(shù)先導(dǎo)星，用于試驗(yàn)嫦娥三號(hào)月球著陸器的部分關(guān)鍵技術(shù)，積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并在嫦娥一號(hào)任務(wù)的基礎(chǔ)上深入開展月球科學(xué)探測和研究，所以嫦娥二號(hào)具有繼往開來的重要作用，是探月一期和二期工程之間的橋梁。

總的來講，嫦娥二號(hào)主要完成兩類任務(wù)：一是對探月二期工程中所要應(yīng)用的新技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，對未來的預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行高分辨率成像；二是深化對月球的科學(xué)認(rèn)知。嫦娥二號(hào)任務(wù)主要是試驗(yàn)直接奔月軌道發(fā)射、100千米近月制動(dòng)、15千米變軌、高分辨率成像和X頻段深空測控體制等關(guān)鍵技術(shù)，還驗(yàn)證紫外敏感器自主導(dǎo)航、高速數(shù)據(jù)傳輸、低密度奇偶校驗(yàn)碼、降落相機(jī)和監(jiān)視相機(jī)等新技術(shù)，為后續(xù)月面軟著陸及深空探測任務(wù)奠定重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

成果豐碩

從10月1日發(fā)射至今，嫦娥二號(hào)任務(wù)已經(jīng)突破了用運(yùn)載火箭直接將月球探測衛(wèi)星發(fā)射至地月轉(zhuǎn)移軌道的發(fā)射技術(shù)，初步驗(yàn)證了X頻段通信測控、紫外敏感器自主導(dǎo)航、監(jiān)視相機(jī)、低密度校驗(yàn)碼和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)，成功試驗(yàn)了100千米月球軌道捕獲技術(shù)。

截至10月13日，嫦娥二號(hào)已經(jīng)向地面?zhèn)鬏斄?2G的科學(xué)數(shù)據(jù)。10月14日下午，嫦娥二號(hào)進(jìn)行星地鏈路測試。10月14、15日進(jìn)行了12兆比特/秒的傳播速率試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，數(shù)據(jù)信號(hào)接收流暢，無數(shù)據(jù)缺失，實(shí)際測試結(jié)果優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。10月15日17：10，嫦娥二號(hào)上搭載的除CCD立體相機(jī)以外的6種有效載荷已全部開機(jī)，在軌測試完成后將陸續(xù)開展科學(xué)探測。截至10月16日，嫦娥二號(hào)與地面高速率通信鏈路的測試全部結(jié)束，初步判斷全部測試結(jié)果優(yōu)于預(yù)期。2次測試中都試驗(yàn)了衛(wèi)星12兆比特/秒的下傳速率，相當(dāng)于1分鐘就會(huì)向下傳輸幾十張數(shù)碼照片大小的文件。

嫦娥二號(hào)在經(jīng)過第3次近月制動(dòng)，成功進(jìn)入繞月工作軌道后，已標(biāo)志該任務(wù)取得基本成功；如果它在成功傳回虹灣地區(qū)約1米高分辨率圖像后，則標(biāo)志著該任務(wù)取得圓滿成功。

10月底，嫦娥二號(hào)還將擇機(jī)試驗(yàn)軌道機(jī)動(dòng)與測定軌技術(shù)，考察把嫦娥二號(hào)飛行軌道由100千米高度的圓軌道調(diào)整為近月點(diǎn)15千米、遠(yuǎn)月點(diǎn)100千米橢圓形繞月軌道的風(fēng)險(xiǎn)。其任務(wù)為：一是開展軌道機(jī)動(dòng)試驗(yàn)，驗(yàn)證嫦娥三號(hào)任務(wù)著陸前在不可見弧段變軌的星地協(xié)同程序；二是在運(yùn)行至近月點(diǎn)15千米時(shí)重點(diǎn)拍攝后續(xù)任務(wù)著陸的虹灣預(yù)選著陸區(qū)（北緯43°左右，西經(jīng)31°左右,南北向100千米，東西向300千米）“特寫”，分辨率可達(dá)1米，細(xì)致考察未來嫦娥三號(hào)的著陸區(qū)；三是驗(yàn)證快速測定軌等相關(guān)技術(shù)。

這樣的軌道調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)很高,因?yàn)槲覈x擇的虹灣預(yù)選著陸區(qū)在朝向地球的一面，且采取對稱控制方式，即如果想調(diào)整嫦娥二號(hào)在月球正面的高度，必須在月球背面進(jìn)行控制，提前注入數(shù)據(jù)，然后靠嫦娥二號(hào)自主控制變軌。另外，由于月球重力場的不均勻性將會(huì)使嫦娥二號(hào)軌道產(chǎn)生較大變化，而且月球表面最高的山脈高度達(dá)到10千米，再加上測量誤差和軌道衰減，所以嫦娥二號(hào)在最低高度為15千米飛行時(shí)風(fēng)險(xiǎn)很大，對嫦娥二號(hào)自主控制和快速測定軌提出了新的挑戰(zhàn)，否則容易撞月。還有，飛行軌道越低，月球反射的能量越高，嫦娥二號(hào)降低飛行軌道后就像靠近一個(gè)上百度的“大火爐”一樣，如果熱控系統(tǒng)沒做好，溫度一旦超過45℃，儀器就會(huì)關(guān)機(jī)，印度的月船一號(hào)就是因?yàn)闊峥叵到y(tǒng)出現(xiàn)故障而提前結(jié)束工作壽命。嫦娥二號(hào)變軌飛行期間，還將驗(yàn)證軌道快速測定軌能力，這些測定軌數(shù)據(jù)對深入研究月球重力場分布，提高重力場模型精度有重要意義。

在軌道機(jī)動(dòng)過程中，嫦娥二號(hào)要試驗(yàn)新裝的1臺(tái)降落相機(jī)的功能，因?yàn)榻德湎鄼C(jī)是未來嫦娥三號(hào)軟著陸過程中尋找安全落點(diǎn)的“眼睛”，可實(shí)時(shí)對嫦娥三號(hào)預(yù)選著陸區(qū)拍照，今后用于拍攝嫦娥三號(hào)月球著陸探測器的軟著陸過程，使嫦娥三號(hào)在降落過程中能根據(jù)圖片自主避開不適于降落的地點(diǎn)，“臨機(jī)決斷”選擇一塊適宜降落的平坦表面。因此，降落相機(jī)的性能是嫦娥三號(hào)月球著陸探測器軟著陸是否成功的一個(gè)關(guān)鍵因素，嫦娥二號(hào)要對其進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)考驗(yàn)。由于降落相機(jī)用于獲取月球表面圖像，而月面目標(biāo)均為灰色，所以此相機(jī)為黑白相機(jī)。該相機(jī)具備清晰拍攝與快速拍攝兩種工作模式，可根據(jù)需要選擇不同的工作模式。

目前，選擇預(yù)選著陸區(qū)要綜合考慮科學(xué)因素和工程因素，一般的原則是：為了保證安全，著陸區(qū)地勢要平坦，以利于月球著陸器著陸；著陸區(qū)應(yīng)在月球正面，這樣地面能對著陸器進(jìn)行測控通信；應(yīng)有一定的科研考察價(jià)值，并且是別人沒去過的地方；陽光較好，從而保證探測器的能源供應(yīng)和工作環(huán)境。月球虹灣區(qū)基本符合這些原則。俄羅斯的月球著陸地點(diǎn)一般都是在月球正面地區(qū)，中高偏北一點(diǎn)，我們選的虹灣區(qū)也在偏北一點(diǎn)，但俄羅斯的錯(cuò)開了。美國的月球著陸地點(diǎn)大多在赤道附近，也有個(gè)別在偏北或偏南的高緯度地區(qū)。在變軌1～2天后，嫦娥二號(hào)還要返回100千米極月圓軌道，繼續(xù)開展科學(xué)探測任務(wù)。

未來前景

2013年左右，我國將發(fā)射嫦娥三號(hào)探測器（嫦娥四號(hào)是嫦娥三號(hào)的備份探測器）。它由著陸器和月球車組成，其中著陸器定點(diǎn)守候，月球車在月球表面巡游90天，范圍可達(dá)到5平方公里，并抓取月壤在車內(nèi)進(jìn)行分析，得到的數(shù)據(jù)將直接傳回地球。其難點(diǎn)是在月球軟著陸、自動(dòng)巡視勘察、深空測控通信、月夜生存等方面，關(guān)鍵技術(shù)包括地月飛行軌道設(shè)計(jì)技術(shù)、月球軟著陸制導(dǎo)導(dǎo)航與控制技術(shù)、著陸器結(jié)構(gòu)與緩沖機(jī)構(gòu)技術(shù)、月面巡視探測技術(shù)、科學(xué)探測儀器研制技術(shù)、遙操作和遙分析技術(shù)、地面大口徑深空測控天線技術(shù)、月夜生存的熱控技術(shù)、小型化電子技術(shù)、月面工作機(jī)構(gòu)研制技術(shù)、仿真與地面試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)等。由于月面工作環(huán)境惡劣，晝夜溫差高達(dá)300°C，地形崎嶇，地表松軟，所以對月球車提出了較高的工作要求，它不僅要耳聰目明、步伐矯健、心靈手巧，還要能“忍饑挨餓”。2018年前后，我國將發(fā)射月球采樣返回器。其核心任務(wù)是實(shí)現(xiàn)月球樣品采集并自動(dòng)返回地球，進(jìn)行深入的科學(xué)研究。這種探測器一般由著陸級(jí)、上升級(jí)、返回艙和采樣器組成。其中著陸級(jí)用于實(shí)現(xiàn)探測器的軟著陸，上升級(jí)能攜帶返回艙從月面起飛，進(jìn)入月地轉(zhuǎn)移軌道，返回艙用于把月球采樣帶回地球，采樣器用于采集月表的土壤和巖石，需完成月表鉆孔、月壤收集、月壤封存以及探測器返回等一系列復(fù)雜動(dòng)作。整個(gè)過程涉及到控制、機(jī)械、軌道等方面，主要包括月壤自動(dòng)取樣返回探測器總體設(shè)計(jì)技術(shù)、月壤采樣器的設(shè)計(jì)、軌道器與著陸器的軌道控制技術(shù)等。它可充分借鑒二期工程的著陸技術(shù)，同時(shí)需攻克月壤采樣器的設(shè)計(jì)與控制，要在月球的特殊環(huán)境條件具備研磨、鉆孔、抓取月壤和輸送月壤的能力；還要攻克月地飛行技術(shù)，它包括月面起飛技術(shù)、月地返回軌道的設(shè)計(jì)與制導(dǎo)導(dǎo)航與控制技術(shù)、高速地球再入技術(shù)、回收技術(shù)；高精細(xì)月球樣品分析技術(shù)等。

此后，我國可根據(jù)當(dāng)時(shí)國際上月球探測發(fā)展情況和自身的國情國力，研究載人月球探測戰(zhàn)略目標(biāo)和發(fā)展規(guī)劃，擇機(jī)實(shí)施載人登月探測以及與有關(guān)國家共建月球基地。現(xiàn)在，我國科技專家已建議在2025年或2030年進(jìn)行載人登月，2050年進(jìn)行載人登火星。（伍苑）