中国空间技术研究院研究员庞之浩谈“嫦娥奔月”

2007年10月24日15:56  

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中国空间技术研究院研究员庞之浩做客强国论坛照片

  编者按2007年10月24日13:00,中国空间技术研究院研究员,《国际太空》杂志编审、副主编,中国宇航学会会员庞之浩做客强国论坛,以绕月探测工程“嫦娥一号”相关话题与网友进行在线交流。

     访谈全文

  【庞之浩】:各位网友好我是中国空间技术研究院的研究员,我很高兴回答大家有“嫦娥一号”相关 问题。

有信心把“嫦娥一号”成功送入月球轨道并传回信息

  [强国论道]:请问嘉宾:“嫦娥奔月”的胜算有多大?

  【庞之浩】:大家知道航天是高投入、高产出、高风险的一个领域,在“嫦娥奔月”整工程过程中,我们在工程上进行严格的论证,另外我们集成了一些现有成熟的技术,再有我们是后发制人,就是可以借鉴前人的经验,所以我们的成功率是很高的,当然,我们也做了最坏的打算:出现问题怎么办?我们有上百种预案,最基本、最简单就是大家都知道,采用关键部件采用备份的方式使“嫦娥一号”进入预定的轨道,当然还有风险存在,一个风险就是空间环境,比如说太阳风,太阳高能粒子,另外一个风险在于我们是头一次发射月球探测卫星有可能还没有认识到的问题出现,所以有一定的风险性。目前人类总共算上日本“月亮女神”共123个月球探测器,成功60个,成功率49%,所以,搞月球探测风险还是比较大的,但是我们有信心,把“嫦娥一号”成功送入月球轨道,并传回有用的信息来。

  [一天一地一广仔]:嘉宾,中国正在迈出探月第一步,您预测我们中国人什么时候能够正式登陆月球?

  【庞之浩】:总的来讲分三个步骤,探月、登月、驻月,所谓“驻月”就是在月亮建立基地,目前来讲,美国已经完成的探月,登月,下一个目标就是驻月,苏联俄罗斯完成第一个目标——探月,下一个目标主要是2025年进行载人登月,中国、日本、印度、德国、英国还刚开始第一步就是探月,又分“绕、落、回”这三个过程,美国、苏联都是按照这个路线图走,现在这几个国家也是准备按这个计划来走,我们准备在2012年发射月球着陆器和月球车,在2017年左右发射取样返回器,把月球的样品取回到地球上我们进行深入的研究。在2020年以后,随着我国经济的发展,随着我们科学技术的进一步提高,随着实际的需要和可能,我想,我们在2020年以后,会考虑载人登月的事情。在未来,在月球上建立永久性基地,是总的发展趋势。我们最终不仅要登月,还要在月球上建立永久基地,包括能源基地、科研基地、技术基地等等。

  [笑面老猫]:请问嘉宾:长二和长三有什么区别,长三更大、更远吗?是用煤油加液氧吗?

  【庞之浩】:我国现在研制四个系列火箭,从长征一号到四号,长征二号火箭,和长征三号火箭有一个最主要的区别就是长征二号火箭是两级液体运载火箭,长征三号火箭是三级液体运载火箭,长征二号火箭主要发射近地轨道航天器,比如返回式卫星,还有神舟飞船等,但是卫星带有上面级以后也可以发射地球静止轨道卫星。长征三号火箭是三级运载火箭,主要用于发射地球静止轨道卫星,这次发射的长三甲火箭,第一级,第二级是采用长征推进剂,也就是说偏二甲肼和四氧化二氮,第三级采用液氢液氧燃料,他的地球同步转移轨道运载能力达到2.6吨,而“嫦娥一号”重量是2.3吨,可以把“嫦娥一号”发射到预定轨道上。比它推力大的火箭还有长征三号乙火箭,它是在长征三号甲火箭的基础上捆绑了四个助推器,其地球同步转移轨道可以达到5.1吨左右,有望在2012年左右发射月球着陆器。

“嫦娥”工程五大系统,完全是自主创新

  [信口开河真言]:嘉宾:前几日中欧论坛时,西方的一位专家说我们的航天技术很大程度上依赖外国,你意下如何?

  【庞之浩】:我们国家这次“嫦娥”工程五大系统,完全是自主创新,尤其是“嫦娥一号”人造月球卫星,是由我们中国空间技术研究院为主研制的,没有依赖国外。我们只是在测控系统方面跟国际上搞合作,这也是一个国际惯例。在欧洲智能一号月球月球器,和日本月球女神探测器,我国上海天文台也曾参与其中,这次我们也按照国际惯例通过跟国际合作来提高我们测控覆盖率,使“嫦娥一号”测控覆盖率达到98%以上。当然从未来来讲,国际合作是一个大趋势,我们今后在条件成熟的情况下,可以和国外搞一些合作,尤其是在比较大的项目上,另外我们还可以跟国外搞有关的交流,比如说跟日本“月亮女神”探测器所得到的数据我们可以跟他们进行交流。因为这两颗月球探测器既有共同的地方还有各自特点,这次“嫦娥一号”卫星发射期间,日本航天界也派人来进行参观、交流。

  [比上不足]:请问庞嘉宾 :嫦娥一号,都有哪些先进和新的技术上的新突破,有多大的保障??我们有哪些科研任务和目标?

  【庞之浩】:无论是人造地球卫星还是人造月球卫星都是由两大部分组成,一个是卫星平台,一个是有效载荷,无论是在哪个上,我们都有不少创新点,就是亮点,在卫星平台上,我们采用了很多的先进技术,比如说,三体定向技术,这是在人造地球卫星上所没有的。什么叫三体定向技术,就是在卫星到月球轨道以后,要保持探测器的那一面始终面向月球,从而连续获得数据,同时,要保证太阳电池帆板始终对准太阳,还要保持卫星上的定向天线始终对准地球,从而把科学数据源源不断发回地球。这是一项非常复杂的技术,因为地球为了围着太阳转,月球要围绕着地球转,所以要始终保持三体定向技术,这是我们一个新的突破。我们也称之为“一心三意”,以前人造地球卫星是“一心两用”所以这次我们采用了一些新技术,比如说,星体采用三轴稳定技术,使它始终保持有摇杆器材那样一面始终对准地球,在星体不变的情况下,我们通过采用一项新技术,就是叫“一维驱动机构”使太阳帆板能够像桨一样可以360度旋转,始终对准太阳,定向天线采用双轴驱动机构,让它始终对准地球。
  另外,我们还采用了新研制的紫外敏感器,因为人造地球卫星是使用地球敏感器,其条件是地球上有大气,有稳定的红外辐射,而月球上没有,但是月球上有稳定的紫外辐射,所以我们新研制的紫外敏感器,当然还有一些其他的一些技术,比如说热控制技术上,我们也有突破,在月球上运行的卫星,由于温度差异非常大,没有晒到太阳一面可以达到零下180度,主要是它没有存在大气层的原因,所以它的温度变化差异很大,另外,还有月食一些自然现象,所以对温控也提出很高的要求。人造卫星上的仪器一般情况下,要保持在零下五度到四十五度可以工作,温度太低电池效率工作效率很低,温度超过50度也是这样,所以我们采用一系列的新技术。当然还有远程测控技术。我们原来发射的人造地球卫星,离地球最远就是八万公里左右,而这次人造月球卫星,至少达到38万公里远,我们在测控技术上也进行了攻关,使有关的遥测、遥控信号及时可以传回来,也可以及时从地球发过去,还有科学数据能够及时传回地球来,在有效载荷方面,我们上了八种仪器,其中有一些仪器是达到世界先进水平,比如说微波探测仪,估计氦三的含量,大家都知道,氦三是一种高效无毒,无污染的核剧变燃料,可以保证未来地球能源使用,100吨氦三,就可以保证地球使用一年。现在估计有100万吨到500万吨,可以保证地球一万到五万年的使用,另外我们这次还首次用CCD相机,拍摄全立面的凸面,以前国外是二维的,这次我们要全月面,这个图象不仅对认识月球很有帮助,为下一步我们在月球着陆,选址也很有帮助。
  还有一点,我们要用几种仪器探测14种有用元素,过去美国是五种,我们要探测14种,这是国际上领先的,这对未来开采月球上的资源有很大的帮助,月球不仅有氦三还有钛金属等地球上的稀有金属在月球上都是很丰富的。

与国际合作联网提高“嫦娥一号”测控覆盖率

  [宋公明]:请问嘉宾:有人说美国人登月是假的,是骗局,你说呢?

  【庞之浩】:有关这个争论,主要原因是在阿波罗登月过程中,拍摄下来一些照片和影片和我们在地球上所观测到的不一样,似乎不合常理,但是我相信,根据科学史实,登月是一个事实。有很多现象,通过研究是可以解释的,比如说阿波罗登月上面的美国国旗没有展平,而月球上没有大气也就没有空气,怎么可能会飘,这个问题很好解释,他登月是带的旗杆是七字型,棋子是由塑料制作成的,在登月时,阿姆斯特朗在插旗子时,旗子一直在晃,有人说这是造假,因为月球没有大气,所以他一直在晃,所以一直停不下来,为什么旗子发褶,是因为这个水平旗杆没有拉直,所以旗子呈波纹状。另外还有从月球上取回来很多的样品,也是地球上没有的。很特殊,这可以证明阿波罗登月是真的。
  最近,谷歌网站联合美国的一些公司做了一个私人探月竞赛,其中有一项如果可以找到阿波罗登月时留在月球表面的一些器材,也可以获得大奖。我希望,能够有人获得这项几百万美元的大奖,并再次证明,阿波罗登月是真实的。据说首次登月安装在月面上的激光测距仪器现在还可以使用,还有就是,有一些探月卫星还曾经拍摄到了当年留下的一些设备,这些都充分的证明了阿波罗登月是真实的。

  [三秋树]:嘉宾好!问个外行的问题:从有些电视新闻中看到,我们的嫦娥发射还要欧洲等外国协助观测。我们自己不能全程跟踪观测吗?为什么?

  【庞之浩】:由于受到地球曲率的影响和地球自转的影响,每个测控站只能观测跟踪目标几个小时,最多也就只有13个小时。所以,要想连续跟踪、测控人造月球卫星,应该在全球布站,国外很多升空站是围着地球的精度、每隔120度就布一个像美国有一个升空站,一个是在美国,一个是西班牙,还有一个澳大利亚,目前我国还没有庞大的升空测控网,我国的国土面积也是有限的,尽管有远望测控船,但是为了提高测控率,我们采用国际惯例,跟国际上搞合作联网,从而提高“嫦娥一号”测控覆盖率。

  [比上不足]:请问嘉宾:这次我们卫星大概需要多久就能进入月球轨道??离月球表面有多远?届时,会有关于月球表面的相关图片发回来吗?

  【庞之浩】:我们这次需要大概十到十二天左右可以把卫星从地球轨道运送到月球轨道。从地球到月球有多发射方式,可以把月球探测器直接从地球发射到月球上,早期的月球一号,就采用这种方式,当时卫星重量很小,就用两天时间就月球,美国阿波罗登月时用了四天时间,月女神探测20天时间,到了月球,我们这次首先是发到超地球同步轨道,是一个大椭圆轨道,近地点高度200千米,远地点高度5.1万千米,倾角31度,这时卫星的运行速度是每秒10.3千米,但是想进入地月转移轨道,必须达到每秒10.9千米,我们采用多次变轨方式,就像铁饼运动员扔铁饼一样,经过多次旋转和加速把它送入地月转移轨道,第一次变轨是在卫星运行到远地运用发动机进行变轨,提高近地点高度,由两百千米提高到六百千米,目的是使测控更方便,然后进行第一次近地点变轨,使它的远地点高度由五万一变成七万一,轨道周期由16小时变成24小时。此后,进行第二次近地点变轨,再次提高它的远地点高度达到12千米,轨道周期达到48小时。最后一次是最关键的一次,第三次近地点变轨,使它远地点达到近40万千米,也就是进入月球轨道位置。这时速度已经可以提高10.9千米,从而进入地月转移轨道。
  前面的几次变轨也叫“调相变轨”,进入地月转移轨道要飞行五天,其中进入地月转移轨道第一天要进行一次轨道修正,到接近月球时还要进行轨道修正,这时的速度是每秒2000米以上,为了使卫星进入捕获轨道要进行三次“刹车”使它的速度由每秒2000米以上,降低到每秒1000米多。其轨道周期由12小时变成3.5小时,最后变成所设计的127分钟。这时我们的“嫦娥一号”卫星就运行在距月球200千米高的近月轨道对月球进行全面的探测。  

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