中国的月球探测 —“ 嫦娥工程”

1. 上海市老科协 三届年会论文 中国的月球探测—“嫦娥工程” 上海市老科协机械专业委 潘世安高级工程师

2. 摘要 • 本文简述月球探测的重大意义和国际动态，陈述中国探月工程简况；中国正在研制的绕月卫星“嫦娥一号”工程系统、飞行过程、科学任务和工程目标。

3. 前言 • 月球是地球唯一的天然卫星，在人的肉眼里，天空中除了太阳以外，最亮的就数月亮。古今中外数不清的文人黑客把月亮描绘得美不胜数。中国“嫦娥奔月”就是一个最古老的、流传很广的神话故事。那么月亮究竟是什么样的呢？那里真的有庄严的广寒宫、高大的桂树和神仙吗？当然没有，实际上月球表面是一片没有生命的不毛之地

4. 随着航天科技的崛起，人类选择拜访的第一个地外星球就是月亮。因为月亮是离地球最近的天体（距地球平均距离是3.84×105千米），比较容易探测。而且，月球上具有可供人类开发利用的各种资源（已知有100多种矿物，其中五种是地球上没有的）随着航天科技的崛起，人类选择拜访的第一个地外星球就是月亮。因为月亮是离地球最近的天体（距地球平均距离是3.84×105千米），比较容易探测。而且，月球上具有可供人类开发利用的各种资源（已知有100多种矿物，其中五种是地球上没有的）

5. （1）、能源。（月壤中蕴藏着100万吨以上的氦—3，它是可控制核聚变的主要原料。应用月球上氦—3安全发电，能满足世界至少几百年的能源需要）（1）、能源。（月壤中蕴藏着100万吨以上的氦—3，它是可控制核聚变的主要原料。应用月球上氦—3安全发电，能满足世界至少几百年的能源需要） • （2）特殊环境。月球是许多基础科学开展观察和研究的理想场所；是研制和生产特殊材料及生物制品的理想场所；也是人类向外空发展的理想基地和前哨站。我们可以将月球看作是一座天然的空间站。因此，月球理所当然地应成为人类深空探测的首先目标。从1959年2月至2004年只有美国、俄罗斯、日本和 欧洲向月球发射了探测器。共发射了88次无人探测器。美国进行了9次载人月球探测，其中六次载人登月。 • （3）这些月球探测的实施，使人类对月球的了解仅次于地球，它们准确地向人类揭示了月球表面景观、构造特征和月球上土壤及岩石的真实面貌。

6. 1998年美国宇航局宣布，月球两极可能存在10～100亿吨冰水。这一消息在世界上产生强烈反响。目前世界上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，开发和利用月球资源、能源和特殊环境，为人类可持续发展服务。2004年11月在印度北部乌代布市举行为期5天的“月球探索开发国际会议”。美国、日本等十六国家达成合作意向。决定共同组成国际登月联盟，宣布将在2024年在月球上建成人类生活和科研永久的基地。2004年1月美国总统布什宣布在2015～2020年间美国航天员将重返月球，并在月球上较长期停留，为下步进行载人火星探测等做准备。新的探月行动将会把科学探索与经济利益结合起来，以探测月球资源为主，为未来月球资源的开发和利用打下基础。1998年美国宇航局宣布，月球两极可能存在10～100亿吨冰水。这一消息在世界上产生强烈反响。目前世界上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，开发和利用月球资源、能源和特殊环境，为人类可持续发展服务。2004年11月在印度北部乌代布市举行为期5天的“月球探索开发国际会议”。美国、日本等十六国家达成合作意向。决定共同组成国际登月联盟，宣布将在2024年在月球上建成人类生活和科研永久的基地。2004年1月美国总统布什宣布在2015～2020年间美国航天员将重返月球，并在月球上较长期停留，为下步进行载人火星探测等做准备。新的探月行动将会把科学探索与经济利益结合起来，以探测月球资源为主，为未来月球资源的开发和利用打下基础。

7. 目前，我国月球探测工程方面仍是一个空白。在世界外空事务中推行的是实力政策，先登月，先得益。我国只有开展月球探测，并取得一定成果，才具有履行“月球条约”和分享月球权益的实力，才能维护我国在月球上合法权益。目前，我国月球探测工程方面仍是一个空白。在世界外空事务中推行的是实力政策，先登月，先得益。我国只有开展月球探测，并取得一定成果，才具有履行“月球条约”和分享月球权益的实力，才能维护我国在月球上合法权益。

8. 中国的探月工程

9. 中国航天在发展人造地球卫星和载人航天之后，适时开展以月球探测为主的深空探测是航天事业发展的必然趋势。早在1994年全球进入重返月球阶段的同时，中国开始进行探月活动的必要性和可行性研究。1996年完成探月卫星的技术方案研究。1998年完成卫星关键技术研究，然后又深化论证工作。可以说二十世纪末，我国月球探测工程已有了扎实的技术储备。中国航天在发展人造地球卫星和载人航天之后，适时开展以月球探测为主的深空探测是航天事业发展的必然趋势。早在1994年全球进入重返月球阶段的同时，中国开始进行探月活动的必要性和可行性研究。1996年完成探月卫星的技术方案研究。1998年完成卫星关键技术研究，然后又深化论证工作。可以说二十世纪末，我国月球探测工程已有了扎实的技术储备。

10. 2000年11月中国国务院发布《中国航天白皮书》，明确提出未来十年将开展月球探测。2002年国务院宣布近20年期间将实施月球探测工程。2004年1月中国的月球探测工程被国务院批准立项，并正式命名为“嫦娥工程”。从此拉开了中国深空探测的帷幕，它是中国航天事业的第三里程碑。2000年11月中国国务院发布《中国航天白皮书》，明确提出未来十年将开展月球探测。2002年国务院宣布近20年期间将实施月球探测工程。2004年1月中国的月球探测工程被国务院批准立项，并正式命名为“嫦娥工程”。从此拉开了中国深空探测的帷幕，它是中国航天事业的第三里程碑。

11. “嫦娥工程”分为“绕、落、回”三个阶段。 • 第一阶段绕月探测（2004年—2007年），研制发射一枚月球探测卫星—“嫦娥一号”，实现环绕月球飞行探测。 • 第二阶段，月面软着落探察和月面巡视勘察（2007～2010年）。研制发射月球探测器，它包括月球软着陆器、月面巡视车和自动机器人。 • 第三阶段，月面自动取样返回（2010～2020年或稍后）。研制发射月球车，到月面巡视勘察和取样返回。

12. “嫦娥工程”是我国深空探测计划的至关重要的第一步。其四大科学目标是：1、获取月球表面三维影像；2、分析月球表面14种有用无素含量和物质类型的分布；3、探测月壤特性；4、探测地月空间球境。“嫦娥工程”是我国深空探测计划的至关重要的第一步。其四大科学目标是：1、获取月球表面三维影像；2、分析月球表面14种有用无素含量和物质类型的分布；3、探测月壤特性；4、探测地月空间球境。 • “嫦娥工程”需完成的五大工程目标是：1、研制和发射一颗月球探测卫星；2、掌握绕月探测基本技术；3、开展月球科学探察；4、初步构建月球探测航天工程系统；5、为月球探测后续工程积累经验。

13. “嫦娥工程”五大系统（4） • “嫦娥工程”包括月球探测、运载火箭、发射场、测控和地面应用五大系统。第一阶段，绕月控测的工程系统是：

14. 1、月球探测卫星 • 第一颗月球探测的卫星“嫦娥一号”包括卫星平台和有效载荷两部分。其质量1～2吨，预计尺寸约2米×1.7米×2.2米;采用三轴稳定姿态,对月定向工作;卫星在轨运行寿命>1年。2006年10月以前完成卫星正样投产。

15. 2、运载火箭 • 选用长征3号甲系列火箭，即在长3甲火箭上面加一上面级。全长52.5米、最大直径3.35米、起飞质量241吨、起飞推力2962千牛。奔月轨道运载能力1750千克。2006年以前完成正样投产。

16. 3、发射场 • 选在西昌卫星发射中心。发射场只需作必要的适应性改造，就完全可以适应发射探月卫星的要求。

17. 4、测控系统 • 选用载人航天使用的测控系统，再辅以天文甚长基线干涉仪系统。预定2006年10月以前测控系统完成技术改造和调试任务。

18. 5、地面应用系统 • 包括月球探测卫星运行管理中心、数据接收中心和科学数据处理研究中心三部分。中国科学院已有良好基础。

19. “嫦娥一号”卫星

20. “嫦娥一号”力争在2006年12月发射升空。卫星采用已成熟的东方红3号平台技术研制新的月球探测卫星平台，由长3甲火箭在西昌卫星发射中心发射。运载火箭将把卫星送入地球同步转移轨道。其后的轨道机动、中途修正和近月点制动均由星上推进系统完成。“嫦娥一号”力争在2006年12月发射升空。卫星采用已成熟的东方红3号平台技术研制新的月球探测卫星平台，由长3甲火箭在西昌卫星发射中心发射。运载火箭将把卫星送入地球同步转移轨道。其后的轨道机动、中途修正和近月点制动均由星上推进系统完成。

21. “嫦娥一号”飞行过程分为调相轨道段、地月转移轨道段、环月轨道捕获段和环月轨道段四个阶段。其飞行程序如下图所示“嫦娥一号”飞行过程分为调相轨道段、地月转移轨道段、环月轨道捕获段和环月轨道段四个阶段。其飞行程序如下图所示

22. 1、调相轨道段 • 从卫星与运载火箭分离起至第3次近地点变轨结束止。箭星分离后，卫星将围绕地球运行一段时间，通过3次近地点变轨后，卫星脱离地球轨道，进入奔向月球的地月轨道。

23. 2、地月转移轨道段 • 地月转移轨道段 从第3次变轨起至临近近月点（离月球200千米）止。地月转移轨道是一条复杂的曲线。卫星要飞行5～6天，其间根据轨道的具体参数进行1～2次中途修正，以保证卫星正确进入预定的月球轨道。

24. 3、环月轨道捕获段 • 从第一次制动点火起到进入环月极月园轨道止。当卫星到达距月球200千米时，卫星进行第一次减速制动，使其进入环绕月球南一北极运动的月球极轨道。此后再经过两次近月点制动，降低远月点高度，实现最终高度为200千米的月球极月园轨道，即卫星进入环月工作轨道。

25. 4、环月轨道段 • 环月轨道段 卫星在环月工作轨道上，通过轨道修正和仪器设备在轨测试，进入正常的探测活动，并向地面应用系统回传数据。

26. “嫦娥一号”卫星从发射到进入环月工作轨道的时间为8～9天。预计在轨运行时间1年以上。其主要任务是对月球能源、有用资源的分布进行全球性、整体性和综合性的科学探测，并对月表的环境、地貌、地形、地质构造和物理场进行探测。该卫星将携带立体相机和成像光谱仪等科学仪器。运行在200千米高的极月园轨道上进行三维影分析、月壤厚度探查、月球有用原素与物质类型的全球分布特点探测和地月空间环境的调查。“嫦娥一号”卫星从发射到进入环月工作轨道的时间为8～9天。预计在轨运行时间1年以上。其主要任务是对月球能源、有用资源的分布进行全球性、整体性和综合性的科学探测，并对月表的环境、地貌、地形、地质构造和物理场进行探测。该卫星将携带立体相机和成像光谱仪等科学仪器。运行在200千米高的极月园轨道上进行三维影分析、月壤厚度探查、月球有用原素与物质类型的全球分布特点探测和地月空间环境的调查。

27. “嫦娥一号”要完成的工程 目标是：1、突破月球探测的关健技术，主要包括地一月飞行技术、地一月轨道设计、导航和控制技术、航天器的热设计和垫控技术等；2、初步建立我国月球探测工程大系统；3、验证各项关键技术，获取月球探测的宝贵实践经验，为未来空间探测积累技术甚础；4、初步建立我国月球探测技术研制体制体系，培养相应的人材队伍。

28. 结 束 语

29. 月球探测工程与发射人造地球卫星及载人航天相比较，前者具有很强的科学性、探索性和开放性。更适合国际交流与合作。目前，我国在近地空间卫星、运载、和探测方面技术已经成熟；空间探测与空间科学研究具备一定的基础。但是月球探测技术的研究只是刚刚起步。我国探月技术研究比美国、俄罗斯滞后了40多年，比日本滞后约15年。在二十世纪九十年代以后的国际合作中失去了很多发展机遇。当前国际上重返月球计划则刚刚起步，所以我国应加速开展月球探测，使中国尽快加入国际月球探测先进行列，早日在国际上进行平等的合作与交流。月球探测工程与发射人造地球卫星及载人航天相比较，前者具有很强的科学性、探索性和开放性。更适合国际交流与合作。目前，我国在近地空间卫星、运载、和探测方面技术已经成熟；空间探测与空间科学研究具备一定的基础。但是月球探测技术的研究只是刚刚起步。我国探月技术研究比美国、俄罗斯滞后了40多年，比日本滞后约15年。在二十世纪九十年代以后的国际合作中失去了很多发展机遇。当前国际上重返月球计划则刚刚起步，所以我国应加速开展月球探测，使中国尽快加入国际月球探测先进行列，早日在国际上进行平等的合作与交流。

30. 参考文献 • 中国航天2003年第4期，P6 • 太空探索2004年第1期，P49 • 太空探索2004年第2期，P28 • 太空探索2004年第6期，P4