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中国航天:探月之后还探啥

2013年05月06日来源:人民日报编辑:陈剑锋我有话说


  上图为探月工程“三步走”战略示意图。作为我国深空探测计划的一部分,探月工程的实施使我国掌握了很多关键技术,为未来可能实施的火星、金星探测奠定了基础。

  2012年8月,美国“好奇”号火星车成功登陆火星表面。上图为“好奇”号火星车在火星表面勘探的假想图。  新华社供图

  “我国自主发射火星探测器一定要抓紧,再等下去,留给我们的空间不大了。”中科院院士、中国探月工程一期卫星系统总指挥兼总设计师叶培建一见面就这样说道。

  叶院士的话不无科学道理:地球和火星都绕着太阳转,因而选择两个星球靠近的时候发射,整个转移轨道消耗的能量最少,这种时机每26个月才有一次。

  深空探测的核心是资源

  太空的高位置资源、环境资源、物质资源和信息资源,与人类生活息息相关

  叶培建介绍,深空通常有从无线电和航天两种定义。国际电联从无线电角度定义的深空,是距离地球200万公里的太空;而不同国家从航天角度对深空的定义则稍有差异。

  在我国,月球及月球以远的太空为深空;欧洲则是指脱离地球引力场,进入太阳系空间和宇宙空间的探测。不论如何定义,深空探测主要内容包括,除地球之外,对太阳系的空间、各个行星及其卫星、小天体(主要为小行星和彗星)的深入探测和天文观测。

  “地球上的事情都还没有处理好,为什么要研究太空呢?”

  叶培建经常遇到这样的提问。

  “最重要的一点,就是资源。”叶培建进一步解释,太空有四大资源:高位置资源、环境资源、物质资源和信息资源,这些资源与人类生活息息相关。

  “相对地球环境,空间环境具有高净化、微重力等特点,这对制药、冶金、提纯等有巨大帮助。”叶培建认为,深空探测能力是一个国家政治、经济和科技实力的综合表现和国家能力的象征。“从某种意义上来说,谁占据了太空,谁就主宰了世界。”

  在叶培建看来,深空探测对了解宇宙的形成,以及太阳系,地球生命的演化等研究具有重要意义。深空探测可以解答地球如何起源与演变,行星和太阳系究竟是如何形成和演化,人类是不是宇宙中唯一的生命、地球的未来将如何等一系列问题。

  深空探测还可以创造经济效益,惠及民生。叶培建说,美国阿波罗计划先后有几十个行业的2万多家高新技术企业参与,创造了80多万个就业机会,极大地带动了科技创新和社会飞速发展。在计算机、新材料、医疗等诸多领域获得专利3000多项,其中1000多项民用专利迅速转化为生产力,数码相机、太阳镜、无菌室等至今仍在日常生活中广泛应用。

  “深空探测还可以提高民族自信心和凝聚力。”叶培建深情地回忆道:一位老华侨曾激动地感慨,中国的卫星能飞多高,我们华侨的头就能抬多高。

  探月提升深空探测技术

  我国自主开展火星探测的前提条件已基本具备

  深空探测技术作为人类保护地球、进入宇宙、寻找新的生活家园的重要手段,成为未来航天领域的主要发展方向之一。尽管充满挑战和风险,也曾经遭遇失败,但人类探测深空的脚步从来没有停止。

  从1958年美国和前苏联启动探月计划开始,世界发达国家和航天技术大国都先后开展了多种类型的深空探测活动,发射了200多个探测器,其中月球120多个,火星和金星各40个。

  叶培建介绍,目前太阳系的所有大行星都被不同程度探测过,通过深空探测活动得到的关于太阳系的认识超过了人类数千年来获得有关知识总和的千万倍。

  在天文观测方面,人类已把各个波段的天文卫星送入太空,其中较大的有美国的伽马射线观测台、先进X射线天体物理设施、红外望远镜设施、“哈勃”空间望远镜等4项,而尤以“哈勃”空间望远镜最为瞩目。

  作为探月工程二期的先导星,在完成既定的工程验证和科学探测任务后,2011年6月9日,嫦娥二号奔向150万公里远的日地拉格朗日L2点,我国成为世界上第三个抵达L2点的国家,开启了我国深空探测的新征程。

  2012年12月13日,嫦娥二号飞抵距地球约700万公里远的深空,并在约3公里的相对距离与“战神”擦身而过,精确交会,获得了该小行星分辨率优于10米的清晰图像,继美国、欧空局和日本之后又一次成功探测小行星。

  叶培建说,月球探测工程使我国掌握了许多深空探测技术,也新建一批基础设施。探月工程二期实施期间,我国建成两座大型地面测控站,加上其他技术,我国的深空测控通信能力得到很大提升,“能够达到距地球4亿公里的火星,具备对火星探测的远距离测控通信能力。”

  “预计今年下半年将发射嫦娥三号,在月球进行科学探测,实现首次‘落月’,搭载的月球车将在月球工作3至6个月,并完成相关数据的检测和回传任务。”

  叶培建认为,在2020年左右,我国有望实现月壤的采集和返回。

  火星探测面临四大难题

  我国目前暂无明确的火星探测计划,专家呼吁尽快开展

  火星被认为是除地球外最适合人类居住的内地行星,成为国际科技大国行星探测的首选目标。

  叶培建认为,国际上深空探测有两个特点:一是所有探月国家很快都进行了火星探测,包括探月稍晚于中国的印度,也已正式开展火星探测;二是本世纪迄今,火星探测次数多于月球探测,全球都很关注火星。

  不过,他说,我国根据综合考虑,目前暂无明确的火星探测计划。

  叶培建说,火星探测技术复杂,除要解决4亿公里之遥的深空远距离测控通信问题外,还有三方面的难题。

  一、距离远,通信时延长,信号来回需要46分钟;飞行时间长,从地球飞往火星单程就需要10个月;在“日凌”,即太阳、地球、飞行器在同一条直线上的时候,太阳辐射将影响通信,而火星探测器在飞往火星途中,“日凌”现象对测控通信的影响将达2个月左右。

  这要求火星探测器,在飞往火星途中及开展深空探测任务时要具备“自主管理”、“自主导航”的能力。

  二、由于距离遥远,测轨精度必定降低,需要采取新的技术方法,来保证探测器近火制动的准确性。

  三、研制火星探测器,需要知道火星表面温度、大气等环境情况,而目前人类对火星了解还太少。

  叶培建认为,国际合作可以让深空探测资源得以充分利用,“但自主进行的深空探测则显示了一个国家的科技实力,我们有必要尽快实施独立自主的火星环绕探测”。

  叶培建表示,我国有探月工程掌握的关键技术作为基础,也具备了自主开展到达距地球约4亿公里远的火星探测前提条件,尤其是地面测控系统建设的64米大口径天线完善了我国深空测控网,为火星探测任务的实施提供了基础条件。

  目前月球是我国深空探测的主要目标。根据设想,叶培建表示,探月工程将在2020年前完成“绕”、“落”、“回”三个步骤。相关专家也论证我国2025年实现首次载人登月的可行性。

  叶培建认为,这些深空探测发展目标实现后,我国将突破和掌握开展深空探测所需的一系列关键技术,获得一批自主创新的深空探测科学成果,为长远的深空探测科学研究和航天活动奠定坚实的技术、物质和人才基础,并带动相关产业发展。

  叶培建说,在深空探测方面,我国目前缺乏系统的中远期规划,探测范围和探测方式还有待大力拓展,深空探测技术能力和技术储备仍不足。本报记者 蒋建科 喻思娈
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