改革開放四十年·航天 | 探月之後,該向火星出發了

紅星新聞2018-11-25 12:22:59


▲嫦娥四號月球車外觀設計構型 圖片源自新華網


慶祝改革開放40週年特別報道第 2 篇


明月出天山,蒼茫雲海間。


距離地球38萬公里的月球,今年又將迎接來自中國的探訪。據人民網8月15日報道,今年12月,嫦娥四號即將發射,將首次實現人類探測器在月球背面軟著陸和巡視勘察。這也是自2007年嫦娥一號發射之後,中國探月工程發射的第四顆探月衛星。而來自國家航天局的消息,明年,嫦娥五號也將抵達月球,並將在月面採集月岩之後返回地球。而隨著月岩歸來,中國探月工程“繞、落、回”的三步走發展規劃,將啟動一個新的紀元。國家航天局系統工程司司長李國平曾在今年9月舉行的“太空探索與人類未來”主題論壇上宣佈,更長遠的任務是計劃建設月球科研站,包括機器人探測載人月球科研站等。


從月球開始的中國深空探測,已然進入了新階段。嫦娥一號衛星系統總設計師、總指揮以及嫦娥系列各型號衛星系統總設計師、總指揮顧問的葉培建院士告訴紅星新聞,嫦娥五號計劃取回2公斤的月岩做研究;深空探測的另一項重大工程——火星探測工程,計劃在2020年正式發射火星探測器,預計到2021年抵達火星。按計劃,探測器不光要環繞火星,還將在火星著陸,火星車將著陸火星表面進行巡航。


曾擔任探月工程副總設計師、探月工程總體高級顧問的中國工程院院士姜景山經歷了探月工程啟動的全過程,他欣慰地說了這樣一句話:“我們現在已經進入到國際深空探測的俱樂部,擁有發言權了。”


▲姜景山 趙倩 攝



為了開探月論證會,院士從醫院跑了出來


姜景山院士今年已82歲高齡,和衛星、航天打了一輩子交道的他,依然毫不隱藏自己幾十年來對於月亮、對於宇宙的嚮往。“我選擇航天,就是小時候的夢想。”


從前蘇聯留學歸國之後,姜景山毫不猶豫地投身航天領域,進入中國第一個開始研究衛星的單位。1970年,中國第一顆人造衛星“東方紅一號”發射成功,使中國成為繼美、蘇、法、日等國家之後第五個能製造和發射人造衛星的國家。而姜景山,從1968年就參與到東方紅髮射的緊張工作中了。“這對我來說,就是如願以償。”


▲姜景山院士 圖片源自中科院國家空間科學中心網站


“我們國家深空探測的起步就是從探月開始的。”姜景山告訴紅星新聞。而啟發了中國前期月球科學研究的,是一顆重量僅有1克的月球岩石。據新華網報道,1978年中美建交前夕,美國總統國家安全事務顧問布熱津斯基訪華,給中國帶來卡特總統的兩件禮物,其中之一就是一塊1克重的月球岩石。在姜景山看來,當中國收到這1克月岩時,其實就是正式啟動了月球科學的研究。“中國人不笨,中國航天也啟動了,早晚我們要征服月球。”


探月這個中國夢如何從夢想變成現實的呢?姜景山回憶到,1994年,中國科學家的探月構想正式提出。科學家們都非常興奮,中科院成立了兩個探月方案小組,而中國空間技術研究院(五院)也專門成立了月球探測衛星論證組。


“當時做了一年多的論證,最後大家的結論是目前看來沒有這個能力,還需要一段時間。”儘管如此,姜景山說,在90年代第一次正式提出“探月”的選項後,方案的論證就沒有停止。


2000年的一天,當時已當選中國工程院院士的姜景山,正因病住院治療。就在這時,國防科工委派了一位處長專門到醫院找到他,告訴他準備要開一個會議,專門論證探月科學的任務。激動的姜景山不顧醫生反對,直接從醫院奔赴北京天文臺參加會議。“我說不治病也要去開會,這實在太重要了。”


正是在這次會議上,姜景山和歐陽自遠等多位院士一致認為,中國目前已經具備探月能力。



“必須實地去月球看看”


▲中國探月工程三步走規劃 圖片源自中國探月工程網站


2001年8月,國家正式下發通知,開展月球探測前期論證工作。2004年1月,經過長期準備、10年論證,被稱作“嫦娥工程”中國的探月計劃正式立項。孫家棟院士擔任探月工程的總設計師,提出了2020年前中國月球探測工程分“繞、落、回”三個階段的實施方案,明確了中國月球探測的發展方向、目標和路線圖。


“為什麼當時會定下繞、落、回的發展規劃?”時任探月工程副總設計師的姜景山告訴紅星新聞,之所以提出三步走的規劃,是因為探月工程的最終目標是取得月球樣本,進行對月球進行更深入的研究和了解。


姜景山解釋說,去月球要有一個目標,去容易,但去了總要幹事啊。首先要到(月球)那兒,探一探月球那邊到底什麼樣,然後再製定進一步的目標,是下到月球上去,在月球上面取得數據,“必須把月球上有用得數據拿回來,在地球上為人類服務。”


完成這三個步驟,首先要解決怎麼去的問題,探索月球什麼模樣。中國確定探月工程之後,我們到月球上做什麼考慮得比較多。拿到1克月球岩石說明不了問題,必須實地去看看。



院士:嫦娥一號落月實際就是軟著陸


2007年10月24日,中國第一顆月球探測衛星嫦娥一號在西昌衛星發射中心成功發射。2007年11月5日11點37分,嫦娥一號衛星第一次近月制動成功。在這一刻,探月工程總指揮欒恩傑、總設計師孫家棟、首席科學家歐陽自遠,情不自禁地擁抱到了一起。激動萬分的姜景山,也忍不住熱淚盈眶。


 ▲長三甲火箭運載嫦娥一號升空 圖片源自中國航天報


嫦娥一號衛星系統總指揮、總設計師葉培建告訴紅星新聞記者,嫦娥一號有60多項自主掌握的知識產權。作為中國第一個月球探測衛星,就繞月探測水平來說,這衛星達到了當時世界的最高水平。


嫦娥一號各項任務都完成得很好,由其拍攝的月球表面數據使得中國繪製了第一張月球三維全圖。當時在月球軌道用微波探測整個月面的特徵,是全世界第一次完成。而使用微波探測,正是姜景山提出的建議。


甚至因為軌道設計的好,也帶了足夠多的燃料,後續嫦娥一號到底還要再完成什麼樣的後續任務就成了科學家們討論的焦點。姜景山回憶,嫦娥一號要不要返回也成為一項討論的內容,但因為嫦娥一號並沒有攜帶降落傘,最後只能選擇落在月球上。


姜景山回憶說,當時嫦娥一號落月是有控制地落在月球表面,不是硬撞上去的,嫦娥一號當時在月球上著陸實際就是軟著陸。因為落月後不能再拍照,所以一直近到距離月面五公里嫦娥一號都還在對月拍照,“當時近到5公里拍的照片,清晰度非常高。”



嫦娥二號寧願冒風險為後面鋪路


中國科學院院士、中國空間技術研究院空間科學與深空探測首席科學家葉培建,自探月工程啟動就是嫦娥一號衛星系統總指揮兼總設計師。至今,73歲的葉培建依然還是嫦娥系列各型號衛星系統的總設計師、總指揮顧問。這位直率爽朗的科學家搞了一輩子的衛星,而如今太空中飛行的一顆小行星正是以他的名字命名,稱“葉培建星”。


▲葉培建和以他的名字命名的小行星證書 趙倩 攝


在被確定為探月工程衛星系統總指揮、總設計師時,葉培建還擔任著中國對地觀測衛星的總設計師。有四年時間裡,他同時擔任四個職務,既要管地球衛星,也要管探月衛星。他笑稱自己“一份工資幹著四倍工作”。


繼嫦娥一號後,嫦娥二號在2010年成功發射。這顆原來只作為嫦娥一號備份的衛星,不僅完成了既定任務,還去到了拉格朗日L2點,探了小行星。如今已經在幾千萬公里以外,成為了一顆太陽系裡的人造小行星。


▲嫦娥二號於2010年成功發射。圖片來源:新華社


“我可以說沒有我就沒有嫦娥二號。”對於葉培建來說,嫦娥二號至今也是他心中的驕傲。他向紅星新聞記者回憶到,在嫦娥一號發射的時候,作為備份的嫦娥二號已經裝起來了。由於嫦娥一號發射非常成功,要不要發射嫦娥二號就出現了不同意見。有人提出,認為嫦娥一號成功了,嫦娥二號就別發射了,發射了還要再花火箭的經費,就浪費了。

▲葉培建院士 圖片源自中國空間技術研究院網站


為了討論這個問題,當時還召開了一個重要會議。葉培建的意見非常明確:“如果中國探月從此不走這條路,我同意不打;如果探月還要往前走,前面的路還長著呢,要做的事情多著呢,還不如多花一點錢,往前跨一步。”


嫦娥二號最終保住了,葉培建至今想起來依然會心驚。“當時不打可以省幾個億,但省了幾個億,嫦娥二號不就廢了麼?”


葉培建說,關於嫦娥二號的任務,在討論時候還曾提出要飛火星。因為嫦娥二號就已經有能力到達火星。但因為當時的測控能力不夠,到38萬公里以外的月球可以,但到達火星,當時的測控距離跟不上。因此,嫦娥二號後來變成了探月二期工程的先導星。“很多任務都是發射之後根據能力和可能逐步加的。現在嫦娥二號會永遠都圍著太陽轉下去,在太陽系中存在100年、1000年。”


“科學要往前走一步,都有一個冒險,保守的話創新就沒有了。創新本身就是帶著風險的。”對於如今仍在太空遨遊的嫦娥二號,姜景山的感情也非常深。他表示,嫦娥二號是冒了一些風險的。嫦娥二號本身是創新的結果,寧願冒風險為後面鋪路。


嫦娥二號是如何變成一顆太陽系的人造小行星的?姜景山解釋說,其實這是碰上的,並不在最初計劃當中。後來為了驗證測控能力,就讓嫦娥二號“怎麼遠怎麼跑”。沒有想到,到了幾千萬公里的時候,還有清晰的測控數據,這是之前沒有想到的。這證明了測控能力比以前大大增強了。


姜景山說,現在嫦娥二號已經跑得太遠,跑出了測控範圍之內,收不到信號了。當時為了月球測控,在密雲建了50米天線。“之後我們要去火星的話,天線還需要再加大。”



嫦娥5號將帶回不少於2公斤的月球岩石


嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號,從2007年到2013年六年時間相繼成功發射並圓滿完成各項任務。五年後的今年12月,嫦娥四號又即將發射,這將是人類首次在月球背面進行探測。


葉培建告訴紅星新聞記者,嫦娥四號原本屬於嫦娥三號的備份星。嫦娥三號執行的任務非常成功,實現了月球表面軟著陸,“玉兔號”月球車首次在月球表面巡視。但是嫦娥三號之後,作為備份星的嫦娥四號幹什麼,當時在討論的時候也有不同觀點。當時,有專家認為嫦娥三號這麼成功,那麼嫦娥四號就沒有必要冒險,在月球著陸還是落在正面保險係數更高一些。

▲嫦娥五號著陸地點(紅圈處):呂姆克山脈(喻菲 攝) 圖片源自新華網


“我當時提出了反對意見,嫦娥三號已經落在月球正面了,為什麼四號還要在落在正面,我們搞科學探測,不應該怕失敗,每一步都要有創新。”葉培建認為,如果嫦娥四號在月球背面軟著陸,將會是全世界第一次,這就是創新。最終,嫦娥四號降落在月球背面的任務被確定下來。


主張嫦娥四號落在月球背面的科學家也包括姜景山。姜景山說,月球背面地形比正面更復雜,此前探測過這個區域丘陵地帶比較多,而月海比較少,也就是說平坦的地方少了,軟著陸當然不容易。“但是如果落在那裡就地測量,就地採樣分析,結果拿回來就很有意義了。”姜景山表示,傳輸回來的數據可以真正印證之前探測的結果。


讓葉培建和姜景山都興奮的是,明年計劃發射的嫦娥五號將會首次帶回月球岩石回到地球。葉培建這樣說:“帶回來的月球岩石,將不會少於兩公斤,比當年的1克岩石多太多了,這也將是中國人自己帶回來的月球土壤。”


▲明年計劃發射的嫦娥五號將會首次帶回月球岩石回到地球。


有了這麼多第一手的月亮樣品,可以讓科學家做很多事情。但要讓這些月球岩石回到地球,同樣不簡單。葉培建表示,這麼一個龐大工程,最後就是為了這個罐子能回到地球。這罐子裡將裝進不少於2公斤的月球岩石樣品,都是同一個區域的表面和深層月岩,有表取,有鑽取。“美國人是靠宇航員拿回來370公斤的月岩,但機器要拿確實不那麼方便。”



中國人的火星夢也許2020年就能實現


探月之後,中國人又要開始實現自己的火星夢。根據國防科工局的消息,火星探測工程,計劃在2020年正式發射火星探測器,預計到2021年抵達火星。


“火星探測,中國人本來完全有能力在亞洲當第一,在印度人前面去探火星。但由於種種原因落在印度人後面了,這件事情我到現在都不服氣。”葉培建坦言。他告訴紅星新聞,中國火星探測工程目前設計的方案,是一次實現發射、圍繞火星、落地火星、火星車走出來,這些步驟一次完成。“有的人去繞,有的人去落,我們繞、落、走放在一起。中國人將是第一個。”


在深空探測領域,葉培建希望中國人可以做到最好。據他透露,長征5號很快就能實現復飛,長5的問題解決之後,火星探測自然就近了,“到時候,我們中國自己的火星車會開出來。”


火星離太陽更遠,同樣的太陽光照在太陽帆板上發電就少,因此帆板需要更大。火星上沒有月球上那麼冷,因此可以不用月球車上使用過的同位素。火星上又很多沙塵暴,地形更復雜,因此需要行走更靈活還要防沙塵暴。說起火星車,葉培建娓娓道來,就好像看到中國的火星車已經在太空那顆深紅褐色的星球上自由行走。


“沒有探月,就不會去火星,去火星,就是從月球開始。”姜景山談到火星,眼神同樣變得炯炯。火星距離地球最近是5500萬公里,而最遠距離則是4億公里,而目前的測控能力已經達到,去火星就不再是停留在想象中了。


“我們現在已經進入到國際深空探測的俱樂部,有發言權了。”姜景山說。至於中國人前往火星探測這個夢想何時能夠實現,姜景山認為不要太著急。因為必須是在火星探測非常成功之後才有可能,而且現在我國的宇航員在太空呆的時間也還不夠長。“也許,會在2050年以後吧。也許50年以後,我們也可以抵達太陽系的邊緣。”


根據國家航天局系統工程司司長李國平此前披露的信息,在第一次探測火星之後,2028年左右進行火星探測的第二次任務,到達、著陸火星並採樣火星上的土壤返回地球。2030年前後開展對木星系和行星系的探測……


天空中還有那麼多顆閃亮的星,而中國人的深空探測之路並沒有盡頭。



紅星新聞記者丨趙倩 北京報道

       編輯丨張尋

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