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楊宇光
月球是地球唯一的天然衛星,也是太陽係第五大衛星;tayudiqiudeguanxizaitaiyangxizhongjiweiteshu,qizhiliangdadaolediqiudebashiyifenzhiyi,ertaiyangxiqitaxingxingdeweixingyuanyuandabudaozheyangdadebili。shijishang,diqiuheyueqiuzaiweiraozhetamendegongtongzhixinzhuandong,yinci,zaitianwenxueshangzhuanmenjiangdiqiuheyueliangchengwei“地月係統”並作為一個整體去研究。月球的存在對於維持地球自轉軸的穩定非常重要,而月球引力引起的潮汐作用甚至比太陽還要大。由於“潮汐鎖定”的原因,月球的自轉和公轉速度相同,使得它總是隻有一麵朝向地球。
對於月球形成的原因,目前有很多種假說。目前主流的觀點認為月球是在45億yi年nian前qian一yi顆ke火huo星xing大da小xiao的de天tian體ti與yu地di球qiu大da碰peng撞zhuang之zhi後hou形xing成cheng的de。這zhe一yi理li論lun可ke以yi解jie釋shi很hen多duo我wo們men目mu前qian看kan到dao的de現xian象xiang,但dan仍reng不bu完wan美mei,隨sui著zhe空kong間jian技ji術shu的de發fa展zhan,對dui月yue球qiu的de研yan究jiu越yue來lai越yue深shen入ru,對dui月yue亮liang曆li史shi的de了le解jie也ye將jiang越yue來lai越yue準zhun確que。而er月yue球qiu從cong形xing成cheng開kai始shi,就jiu以yi很hen緩huan慢man的de速su度du遠yuan離li地di球qiu而er去qu。人ren類lei文wen明ming恰qia好hao出chu現xian在zai月yue球qiu距ju離li地di球qiu大da約yue三san十shi八ba萬wan公gong裏li的de時shi候hou。這zhe時shi期qi從cong地di球qiu上shang看kan到dao的de月yue亮liang和he太tai陽yang的de尺chi寸cun差cha不bu多duo,也ye就jiu使shi日ri全quan食shi有you可ke能neng發fa生sheng。這zhe不bu得de不bu說shuo是shi曆li史shi學xue家jia的de運yun氣qi:通過天文學觀測,可以準確追溯日全食的發生日期,通過與史料結合,可以準確地判斷很多曆史時間的發生時間。
月球從史前時代就一直吸引著人類的目光。我們可以從古代的神話故事、wenxuezuopinzhongwushucizhaodaoyueliangdeshenying。zairenleiwenmingdefazhanlichengzhong,yuexiangdebianhuaduilifadexingchengyingxiangjuda,muqianrenleishiyongdelishu,datishangjiukefenweifanyingtaiyangbianhuaguilvdetaiyanglihefanyingyuexiangbianhuadetaiyinli,woguogudaiguangfanshiyongdenonglishijishangjiushitaiyanglihetaiyinlidejiehe。
早期的月球探索
古代的天文學家很早就開始觀測、研究月亮,1609nian,jialilveshouciyongtianwenwangyuanjingguanceyueliang,shirenleiduiyueqiuzhengmiandedixingkaishiyouxiangxidelejie。danzhenzhengdefeiyueshizaiershishijirenleijinrutaikongshidaizhihoucaikaishide。
1957年nian,前qian蘇su聯lian發fa射she人ren類lei第di一yi顆ke人ren造zao衛wei星xing,解jie決jue了le將jiang人ren造zao物wu體ti發fa射she到dao太tai空kong的de基ji本ben技ji術shu之zhi後hou,馬ma上shang就jiu開kai始shi著zhe手shou向xiang月yue球qiu發fa射she探tan測ce器qi。發fa射she人ren造zao衛wei星xing的de運yun載zai火huo箭jian隻zhi能neng將jiang物wu體ti送song到dao近jin地di軌gui道dao,因yin此ci需xu要yao在zai原yuan來lai運yun載zai火huo箭jian的de基ji礎chu上shang增zeng加jia一yi級ji,將jiang探tan測ce器qi送song到dao地di月yue轉zhuan移yi軌gui道dao。最zui早zao的de發fa射she是shi從cong1958年開始的,但經曆了多次失敗後,前蘇聯才在1959年1月2日成功發射月球1號,經曆34小時的飛行之後,從距離月球5965公裏的地方掠過。實際上,前蘇聯發射了很多的探月飛行器,但僅對取得成功或部分成功的任務命名並予以公布。最初月球1號的任務是撞擊月球,但並沒有達成目標。最終這一任務是月球2號在1959年9月14日完成的,它成為人類在外星球實現硬著陸的第一個物體。之後,前蘇聯馬不停蹄地實施了第一次從月球背麵拍照的任務——月球3號。由於那個年代還沒有數碼技術,月球3號上攜帶了老式的照相機,拍攝後在探測器上顯影,然後用電視攝像機掃描並把信號傳回地球。1959年10月,月球3號(hao)獲(huo)得(de)了(le)月(yue)球(qiu)背(bei)麵(mian)的(de)圖(tu)像(xiang)。這(zhe)對(dui)人(ren)類(lei)來(lai)講(jiang)可(ke)說(shuo)是(shi)意(yi)義(yi)非(fei)凡(fan),體(ti)現(xian)了(le)科(ke)學(xue)與(yu)工(gong)程(cheng)上(shang)的(de)重(zhong)大(da)成(cheng)就(jiu)。赫(he)魯(lu)曉(xiao)夫(fu)甚(shen)至(zhi)拿(na)著(zhe)月(yue)球(qiu)背(bei)麵(mian)的(de)照(zhao)片(pian)去(qu)和(he)美(mei)國(guo)總(zong)統(tong)炫(xuan)耀(yao)。
五(wu)十(shi)年(nian)代(dai)末(mo)期(qi),由(you)於(yu)前(qian)蘇(su)聯(lian)在(zai)運(yun)載(zai)火(huo)箭(jian)和(he)人(ren)造(zao)衛(wei)星(xing)技(ji)術(shu)上(shang)先(xian)走(zou)一(yi)步(bu),因(yin)此(ci)在(zai)月(yue)球(qiu)探(tan)索(suo)上(shang)也(ye)占(zhan)得(de)先(xian)機(ji)。而(er)美(mei)國(guo)也(ye)不(bu)甘(gan)示(shi)弱(ruo),先(xian)後(hou)發(fa)射(she)了(le)先(xian)驅(qu)者(zhe)、徘徊者等探測器,實現了硬著陸。美蘇在探月方麵的競爭,是冷戰時期太空競賽很重要的一部分。在運載火箭技術、kongjianfeixingqijishudoubushifenchengshudeqingkuangxia,liangguotongguomijidefasherenwubuduanchangshi,zhongyuzaiduocishibaihouqudelejicitancerenwudechenggong。zhexierenwubudanhuodelegengweijingquedeyueqiutianwencanshu,yekaizhanlerenleilishishangdiyicidiyuekongjiandehuanjingtance,weirenleihouxudetanyuerenwudaxialejichu,keyishuoshi“功不可沒”。
為登月做準備
美國在“水星”jihuazhongjianghangtianyuansongshangtaikongzhihou,kennidizongtongxuanbulezaiershishijiliushiniandaijieshuzhiqianshixianzairendengyuedemubiao。qiansuliansuirancongweizhengshigongkaizheyimubiao,danqihangtianhuodongyeyizhizaiweizhegemubiaozuozhunbei。
載(zai)人(ren)登(deng)陸(lu)月(yue)球(qiu),首(shou)先(xian)要(yao)掌(zhang)握(wo)月(yue)麵(mian)軟(ruan)著(zhe)陸(lu)技(ji)術(shu)和(he)繞(rao)月(yue)飛(fei)行(xing)技(ji)術(shu)。由(you)於(yu)月(yue)球(qiu)基(ji)本(ben)上(shang)沒(mei)有(you)大(da)氣(qi)層(ceng),從(cong)地(di)月(yue)轉(zhuan)移(yi)軌(gui)道(dao)飛(fei)向(xiang)月(yue)球(qiu)的(de)探(tan)測(ce)器(qi)隻(zhi)能(neng)依(yi)靠(kao)自(zi)身(shen)攜(xie)帶(dai)的(de)火(huo)箭(jian)發(fa)動(dong)機(ji)進(jin)行(xing)減(jian)速(su),最(zui)終(zhong)實(shi)現(xian)以(yi)接(jie)近(jin)於(yu)零(ling)的(de)速(su)度(du)降(jiang)落(luo)到(dao)月(yue)麵(mian)。前(qian)蘇(su)聯(lian)設(she)計(ji)的(de)月(yue)球(qiu)9號探測器在1966年1月31日發射,在距離月麵75公裏時開始製動,工作48秒後,在距離月麵250米時將速度降到零。之後著陸器利用反推發動機緩慢降低到距離月麵4米高度,由一根探針觸發兩個氣囊充氣,在氣囊的保護下降落到月麵。
實施月麵軟著陸在人類太空時代的早期是非常困難的。前蘇聯共進行了12次嚐試,隻成功兩次。美國直到1966年6月才由勘察者1號實現第一次軟著陸。但這一時期的飛行任務為後來者積累了寶貴的經驗,月球9號所使用的氣囊技術,現在依然在被火星探測器使用。
duiyuraoyuefeixing,xuyaozaitanceqifeidiyueqiudeshihoujinxingjingquedezhidong,shiqicongxiangduiyuyueqiudetaoyiguidaozhuanyidaohuanraoyueqiuyunxingdeguidao。zheduihangtianqichangshijianfeixingqijiandeceliang、推進和控製都提出了更高的要求。1966年3月31日,前蘇聯發射了月球10號探測器,成為第一個人造月球衛星。它在月球軌道運行56天,繞飛行了460圈。所攜帶的磁力計、伽馬射線光譜儀和紅外輻射計等設備積累了大量的探測數據。而美國也在同一年8月發射的月球軌道器1號任務中實現了類似目標。
六(liu)十(shi)年(nian)代(dai)開(kai)展(zhan)的(de)繞(rao)月(yue)和(he)軟(ruan)著(zhe)陸(lu)任(ren)務(wu),盡(jin)管(guan)是(shi)在(zai)極(ji)高(gao)的(de)失(shi)敗(bai)率(lv)之(zhi)下(xia)花(hua)費(fei)很(hen)大(da)代(dai)價(jia)實(shi)現(xian)的(de),但(dan)卻(que)使(shi)人(ren)類(lei)對(dui)月(yue)球(qiu)的(de)了(le)解(jie)進(jin)一(yi)步(bu)加(jia)深(shen),從(cong)工(gong)程(cheng)上(shang)也(ye)為(wei)後(hou)來(lai)的(de)載(zai)人(ren)登(deng)月(yue)、月球車、無人采樣返回等任務鋪平了道路,具有科學和工程上的雙重意義。
激烈的登月競賽
人類載人航天史上最宏偉的篇章,當屬二十世紀六七十年代的登月競賽。美國通過實施“水星”計劃,掌握了載人天地往返的基本技術。通過“雙子星”計劃,掌握了載人登月所必須的艙外行走和交會對接技術。最終通過“阿波羅”計劃實現了載人登月的目標。
當時的載人登月可以有多種方案選擇,最終美國選擇了“月球軌道交會”方案,也就是由一枚火箭一次將用於天地往返的指令艙/服務艙和用於登月的登月艙送到月球軌道,登月艙實施登月後與指令艙/fuwucangzaiyueqiuguidaojiaohuiduijie,paoqidengyuecanghouyouzhilingcangjiangchengzusonghuidiqiu。zheyifanganzaiyueqiuguidaojiaohuiduijiejieduanyoujiaodafengxian,danqueshisuoyoufanganzhongduiyunzainengliyaoqiuzuidide,jinxuyimei“土星五號”火箭就可以完成一次登月任務。
1968年12月,土星五號火箭將“阿波羅8號”飛船發射到繞月軌道,這是人類曆史上第一次離開近地空間,近距離觀測月球。1969年7月20日,阿波羅11號終於將阿姆斯特朗和奧爾德林送上月球,實現了載人登月的偉大壯舉。之後又連續實施了6次載人登月任務,其中阿波羅13號雖然因服務艙故障登月失敗,但卻將航天員安全地搶救回地球,被譽為“雖敗猶榮”。
yumeiguoxiangbi,qiansuliansuiranzaitanyuehuodongdezaoqichengjiuhuihuang,danquezaizairendengyuejingsaizhongbaixiazhenlai。qihexinyuanyinshizhengtijuecebimeiguoyaowan,quezhidinglegengweimaojindejihua,zaizongtikeliyongziyuanbimeiguoshaodeqingkuangxia,quecunzaidaliangdezhongfujianshe。duidengyuezhiguanzhongyaodeN-1巨型火箭在不經過充分地麵試驗的情況下就開展飛行試驗,4次全部失敗,成為前蘇聯取消登月計劃的直接原因。
回(hui)顧(gu)人(ren)類(lei)載(zai)人(ren)登(deng)月(yue)的(de)曆(li)史(shi),我(wo)們(men)應(ying)當(dang)看(kan)到(dao),雖(sui)然(ran)阿(e)波(bo)羅(luo)計(ji)劃(hua)取(qu)得(de)了(le)輝(hui)煌(huang)的(de)成(cheng)就(jiu),但(dan)這(zhe)些(xie)成(cheng)就(jiu)是(shi)在(zai)冷(leng)戰(zhan)時(shi)期(qi)太(tai)空(kong)競(jing)賽(sai)這(zhe)一(yi)大(da)背(bei)景(jing)下(xia)實(shi)現(xian)的(de)。當(dang)時(shi)的(de)很(hen)多(duo)計(ji)劃(hua)和(he)決(jue)策(ce)都(dou)相(xiang)當(dang)冒(mao)進(jin),使(shi)得(de)當(dang)時(shi)兩(liang)國(guo)都(dou)付(fu)出(chu)了(le)很(hen)大(da)的(de)代(dai)價(jia)。前(qian)蘇(su)聯(lian)因(yin)為(wei)自(zi)身(shen)不(bu)斷(duan)失(shi)敗(bai),且(qie)美(mei)國(guo)已(yi)實(shi)現(xian)登(deng)月(yue),導(dao)致(zhi)已(yi)無(wu)法(fa)領(ling)先(xian)美(mei)國(guo)而(er)取(qu)消(xiao)計(ji)劃(hua)。七(qi)十(shi)年(nian)代(dai)美(mei)國(guo)陷(xian)入(ru)了(le)越(yue)戰(zhan)泥(ni)潭(tan)後(hou),對(dui)科(ke)學(xue)目(mu)標(biao)不(bu)十(shi)分(fen)明(ming)確(que)的(de)阿(e)波(bo)羅(luo)後(hou)續(xu)登(deng)月(yue)計(ji)劃(hua)也(ye)進(jin)行(xing)了(le)裁(cai)剪(jian),僅(jin)保(bao)留(liu)了(le)1972年的阿波羅17號登月任務。
雖sui然ran阿e波bo羅luo計ji劃hua之zhi後hou,人ren類lei再zai也ye沒mei有you離li開kai過guo近jin地di空kong間jian,但dan阿e波bo羅luo計ji劃hua對dui於yu人ren類lei科ke技ji和he工gong程cheng水shui平ping的de進jin步bu的de確que有you著zhe巨ju大da的de貢gong獻xian。在zai今jin後hou實shi施shi載zai人ren登deng月yue任ren務wu時shi,應ying當dang充chong分fen汲ji取qu阿e波bo羅luo計ji劃hua的de經jing驗yan與yu教jiao訓xun,使shi載zai人ren登deng月yue有you著zhe更geng深shen刻ke的de科ke學xue意yi義yi,實shi現xian更geng高gao的de效xiao費fei比bi。
月球車與無人采樣任務
suiranqiansulianzaizairendengyuejingsaizhongshugeilemeiguo,danquechenggongdishishileyueqiuchehewurencaiyangfanhuirenwu。dancongzhexierenwubenshendelinianlaishuo,juyouhengaodexiaofeibi。suoqudedechengjiuduiyuhoulaidewurenshenkongtansuorenwuyouzheshenyuandeyingxiang。
從1970年9月到1976年8月,前蘇聯的月球16號、20號和24號先後3次成功在月麵軟著陸,利用探測器一根長臂上的鑽頭鑽進月壤中取樣,然後把月壤放進返回艙中,將土壤樣本送回地球。雖然3次采樣返回任務隻取得了很少的月壤樣本,無法與阿波羅計劃380公斤的樣本相提並論,但畢竟從月麵3個不同的地點取回了樣本,科學意義巨大。後來,美國和前蘇聯也曾交換過少量的各自樣本。
1970年11月17日,月球17號將月球車1號送上月球。它重達756公斤,雖然行駛速度不如美國阿波羅15號~17號攜帶的有人駕駛月球車速度快,但卻可以在地麵“駕駛員”的(de)遙(yao)控(kong)之(zhi)下(xia)在(zai)月(yue)麵(mian)行(xing)駛(shi),而(er)且(qie)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)放(fang)射(she)性(xing)同(tong)位(wei)素(su)熱(re)源(yuan)提(ti)供(gong)的(de)熱(re)量(liang)安(an)全(quan)度(du)過(guo)寒(han)冷(leng)的(de)月(yue)夜(ye),在(zai)技(ji)術(shu)上(shang)其(qi)實(shi)更(geng)為(wei)先(xian)進(jin)。雖(sui)然(ran)它(ta)的(de)設(she)計(ji)壽(shou)命(ming)隻(zhi)有(you)3個月,但月球車1號攜帶的攝像頭、X射線譜儀等設備在近1年的工作中積累了豐富的數據,行駛了10.54公裏。它所攜帶的激光發射器,至今仍在被地麵的天文台利用來進行精確的地月激光測距。此後在1973年1月由月球21號承載的月球車2號任務中,質量增加到840公斤,行駛速度提高了2倍,在近4個月的任務中行駛了超過37公裏,在月麵上的行駛裏程記錄至今未被打破。
俄羅斯重啟探月活動
在月球-24號最後一次完成人類的月球采樣返回任務後,前蘇聯/俄羅斯的探月活動也陷入沉寂。但今年來,俄宇航已經把載人登月作為其長期戰略目標,並開展了新一代載人飛船、重型運載火箭等的研究和研製。俄羅斯還啟動了月球-25號的研製任務,準備降落在月球南極的Boguslavsky隕石坑,同時也規劃了為月球背麵航天器提供中繼服務的軌道器。
月球軌道門戶與月球基地
隨著航天技術不斷走向成熟,包括日本、印度、韓(han)國(guo)等(deng)國(guo)家(jia)也(ye)提(ti)出(chu)了(le)自(zi)己(ji)的(de)月(yue)麵(mian)軟(ruan)著(zhe)陸(lu)或(huo)巡(xun)視(shi)器(qi)計(ji)劃(hua),穀(gu)歌(ge)甚(shen)至(zhi)設(she)立(li)了(le)將(jiang)飛(fei)行(xing)器(qi)送(song)到(dao)月(yue)麵(mian)的(de)大(da)獎(jiang),未(wei)來(lai)探(tan)月(yue)過(guo)程(cheng)中(zhong)將(jiang)會(hui)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)地(di)看(kan)到(dao)中(zhong)小(xiao)國(guo)家(jia)和(he)非(fei)傳(chuan)統(tong)航(hang)天(tian)大(da)國(guo)的(de)參(can)與(yu),而(er)探(tan)月(yue)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)商(shang)業(ye)元(yuan)素(su)也(ye)將(jiang)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong),很(hen)多(duo)在(zai)過(guo)去(qu)極(ji)具(ju)挑(tiao)戰(zhan)性(xing)的(de)任(ren)務(wu)都(dou)可(ke)能(neng)由(you)商(shang)業(ye)公(gong)司(si)承(cheng)擔(dan)或(huo)以(yi)商(shang)業(ye)運(yun)作(zuo)的(de)模(mo)式(shi)開(kai)展(zhan)。
其(qi)中(zhong)最(zui)引(yin)人(ren)注(zhu)目(mu)的(de)是(shi)美(mei)國(guo)的(de)月(yue)球(qiu)計(ji)劃(hua),從(cong)小(xiao)布(bu)什(shen)政(zheng)府(fu)時(shi)期(qi)重(zhong)返(fan)月(yue)球(qiu)的(de)星(xing)座(zuo)計(ji)劃(hua)在(zai)奧(ao)巴(ba)馬(ma)政(zheng)府(fu)時(shi)期(qi)被(bei)取(qu)消(xiao),到(dao)目(mu)前(qian)特(te)朗(lang)普(pu)政(zheng)府(fu)再(zai)次(ci)決(jue)定(ding)先(xian)重(zhong)返(fan)月(yue)球(qiu),再(zai)前(qian)往(wang)火(huo)星(xing)。美(mei)國(guo)的(de)月(yue)球(qiu)計(ji)劃(hua)經(jing)曆(li)了(le)多(duo)次(ci)反(fan)複(fu),目(mu)前(qian)已(yi)基(ji)本(ben)成(cheng)型(xing),其(qi)核(he)心(xin)是(shi)位(wei)於(yu)環(huan)月(yue)軌(gui)道(dao)或(huo)地(di)月(yue)L2點的載人空間站,將以國際合作的形式邀請多國參與,其多功能獵戶座飛船和SLS重(zhong)型(xing)運(yun)載(zai)火(huo)箭(jian)為(wei)這(zhe)一(yi)計(ji)劃(hua)提(ti)供(gong)了(le)很(hen)好(hao)的(de)技(ji)術(shu)基(ji)礎(chu),未(wei)來(lai)還(hai)將(jiang)研(yan)製(zhi)基(ji)於(yu)液(ye)氫(qing)液(ye)氧(yang)推(tui)進(jin)劑(ji)的(de)大(da)型(xing)單(dan)級(ji)可(ke)重(zhong)複(fu)使(shi)用(yong)登(deng)月(yue)艙(cang),實(shi)現(xian)對(dui)月(yue)球(qiu)表(biao)麵(mian)的(de)低(di)成(cheng)本(ben)造(zao)訪(fang),並(bing)以(yi)此(ci)為(wei)基(ji)礎(chu)建(jian)設(she)月(yue)球(qiu)基(ji)地(di)。而(er)目(mu)前(qian)的(de)各(ge)項(xiang)無(wu)人(ren)探(tan)測(ce)任(ren)務(wu)都(dou)將(jiang)為(wei)這(zhe)個(ge)目(mu)標(biao)做(zuo)準(zhun)備(bei)。

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