人類探月那些事兒：一百多個探測器成敗各半

　　2018年11月29日 16:55 　　　來源：科技日報 本報記者 付毅飛

　　中國國家航天局有關人士在11月舉行的亞太空間合作組織大會期間透露，嫦娥四號月球探測器計劃於12月初發射。國防科工局探月與航天工程中心主任劉繼忠此前曾表示，嫦娥四號任務有望實現人類探測器首次造訪月球背面，首次實現人類航天器在地月L2點對地對月中繼通信，或將獲得一批重大原創性科學研究成果。

　　月球是距離地球最近的天體，也是人類開展深空探測活動的第一站。全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩向科技日報記者介紹，1959年至2017年年底，人類共發射132個月球探測器，其中美國60個，蘇聯64個，中國4個，日本2個，歐洲1個，印度1個，成功率約為50%。

　　蘇聯 拉開人類探月序幕

　　1959年1月2日，蘇聯經歷了「月球計劃」三次任務失敗后，終於成功發射「月球一號」，拉開了人類探月的序幕，同時也在美蘇探月競爭中佔得了先機。

　　2天後，「月球一號」從大約6000公裡外掠過月球，成為人類首個飛越月球的探測器。此後它以450天為周期圍繞太陽公轉，變成了一顆人造行星。

　　同年9月12日，蘇聯發射了「月球二號」，飛行2天後撞擊月球，成為世界首個在月球表面硬著陸的航天器。10月4日，「月球三號」升空，3天後傳回了月球背面的照片，覆蓋了月球背面約70%的面積。

　　到1976年，蘇聯先後發射了24個「月球」系列探測器，開展了巡視探測、採樣返回等活動。此外還發射過「宇宙」「探測器」系列月球探測器。

　　除了多次無人探月活動，蘇聯於1962年啟動了載人繞月/登月計劃，打算在1967年實現載人繞月飛行、1968年將航天員送上月球。

　　不過，自從1961年航天員加加林進入太空后，蘇聯的航天技術發展開始有些力不從心。至1965年，雖然他們完成了多次月球探測任務，獲取了大量月球照片和資料，但用於登月的飛船和火箭系統研製進展緩慢。

　　1967年，航天員弗拉迪米爾·科馬洛夫獨自乘坐「聯盟一號」飛船，完成了一天一夜的太空飛行。然而4月24日，飛船出現了一系列故障。據資料顯示，當時飛船右側太陽能電池陣不能工作、無線電短波發射器無法使用、飛船姿態失控。在緊急自動返回失敗后，飛船只能用危險的緊急彈道手動強制返回。由於姿態不正，飛船的主降落傘和備用降落傘纏繞在一起無法打開，最終以每秒上百米的速度墜毀，科馬洛夫悲壯犧牲。

　　1968年，探月競爭進入白熱化，蘇聯連續發射「聯盟二號」「聯盟三號」以及「探測器五號」「探測器六號」，以求挽回局面。但到了1969年，其發射的月球車升空后爆炸、N-1火箭首飛墜毀、月表樣本採集探測器發射失敗，一連串慘痛失利，讓蘇聯的登月計劃遭受重創。

　　美國 后發先至登上月球

　　在這場探月競賽早期，美國一直處於下風。先後實施過「先驅者」「徘徊者」「勘察者」「月球軌道器」「探險者」等探月計劃，到阿波羅計劃實現載人登月時，美國完成了對蘇聯的反超。

　　1961年5月25日，時任美國總統肯尼迪向世界宣布，美國要用10年時間，實施雄偉的阿波羅載人登月計劃。這一決定給美國此前緩慢推進的航天發展帶來了強大激勵。

　　1962年，美國國家航空航天局（NASA）完成了「土星」重型火箭的設計，並對登月軌道進行了研究。1965年至1966年，美國從「雙子座」載人飛行、「勘察者」計劃、「月球軌道器」計劃中掌握了載人空間飛行、空間對接、軌道機動、月面登陸等關鍵技術，為登月儲備了大量數據。1968年，「阿波羅8號」完成首次繞月飛行；1969年，「阿波羅10號」完成載人登月前的最後一次載人飛行任務。

　　1969年，在蘇聯連射連敗的哀樂聲中，「阿波羅11號」飛船迎來了發射倒計時。美國東部時間7月20日22時56分，航天員阿姆斯特朗爬下「阿波羅11號」的舷梯，用腳上的九號半靴子在月球表面踩下了深深印記。他說出了那句人類航天史上的名言：「對個人來說這是一小步，但對人類來說這是巨大的飛躍。」

　　阿波羅計劃也並非一帆風順，1970年發射的「阿波羅13號」飛船就遭遇了意外。4月11日，航天員吉姆·洛威爾、傑克·斯威格特、弗萊德·海斯搭乘該飛船升空，第二天服務艙發生爆炸，造成水、氧氣外泄，同時損壞了電池組及二氧化碳過濾設備。地面指揮中心命令飛行乘組放棄登月，轉移到沒有受損的登月艙，繞到月球背面利用彈弓效應返回。這次事件中，數以萬計的科學家自發投身於拯救行動中，幫助航天員解決了一道道難題，最終使飛船濺落於南太平洋，創造了航天史上的一次偉大奇迹。

　　從1969年到1972年，美國共完成6次載人登月，將12名航天員送上月球，帶回了382公斤月球樣品，獲取了大量科學數據。

　　龐之浩表示，在這場以政治目的為主、科學目的為輔的探月競爭中，蘇美兩國共發射上百個形態各異的月球探測器，掀起了人類首次探月高潮。雖然是以政治目的為主，但這場競爭也促進了航天技術發展，帶動了一系列新技術的創新與推廣應用，大大提高了人類對月球、地球和太陽系的認識，取得了劃時代的成就。

　　日本 「探月俱樂部」第三個成員

　　上世紀70年代中期，美蘇冷戰形勢逐漸緩和。蘇聯退出了載人登月競爭，美國也從狂熱中冷卻，停止了登月活動。

　　「當時有一種說法：每發射一艘用於登月的『土星五號』重型火箭，相當於燒掉一艘航空母艦。」中國航天科工二院研究員楊宇光告訴記者。

　　龐之浩介紹，一枚「土星五號」火箭造價高達5億美元，一艘阿波羅登月飛船比等重黃金貴十多倍。阿波羅計劃歷時11年，耗資255億美元，為實施該計劃，NASA每年預算佔到美國政府總預算的4.5%左右，平均每個美國家庭要負擔400多美元。這讓美國承受了巨大的經濟壓力。

　　由於這是一項「不惜代價」的工程，且技術難度極大，因此除了性價比低，其可靠性也不高，承擔著很大風險。楊宇光認為，該工程技術途徑比較冒進，一些設備冗餘，從安全性角度來看十分冒險。

　　因而在接近20年間，全世界進入了深入研究探月意義的冷靜思考階段。美蘇開始消化、分析已經獲取的月球探測資料，將相關技術向各領域轉化、推廣和應用，並加速研製新的空間往返運輸系統和高效探測裝備。計劃探月的國家或組織也在總結探月活動耗資大、效率低的經驗與教訓，尋找新的探測思路和戰略。

　　這一時期，只有日本發射了一顆月球探測器，成為世界上第三個探測月球的國家。

　　1990年1月24日，日本原宇宙科學研究所研製的「飛天號」探測器，攜帶一顆名為「造箭室」的小衛星發射升空。「造箭室」被釋放到繞月球飛行的軌道，但很快出現故障而失靈。「飛天號」則進入一條大橢圓地球軌道，在這條軌道上10次從月球附近飛過。最終「飛天號」進入了月球軌道，但並未繞月，而是在1993年4月10日受控墜毀在月面。

　　這次試探性的任務，主要目的是幫助日本掌握空間探索和軌道控制技術，從探月角度來說並不成功。隨後日本啟動了新的探月計劃，試圖在1995年發射「月球-A」探測器。但由於著陸器難題遲遲未能破解，在倉庫中沉睡了10多年的「月球-A」嚴重老化，該計劃於2007年被取消。

　　第二輪 探月高潮仍將繼續

　　1994年1月25日，美國發射了「克萊門汀」探測器，獲得了當時最詳細的月球表面圖像，並發現月球南極可能存在大量水冰。這次任務也宣告了全球第二次探月高潮到來。

　　1998年1月7日美國發射的「勘探者」月球探測器，再次證實月球上有水冰。它在壽命末期攜帶美國天文學家蘇梅克的骨灰，撞擊了月球南極一座環形山的內側山壁，以便將其遺願永留月球。遺憾的是，由於種種原因，這次撞擊后沒有觀測到水蒸氣。

　　2003年9月27日，歐洲發射了首顆月球探測器「斯瑪特-1」。它是世界上首個正式應用太陽能電推進系統飛向月球的探測器。

　　此前探月受挫的日本，於2007年9月14日發射了「月亮女神一號」探測器，並將這次任務稱為「阿波羅計劃后規模最大的月球探測工程」。「月亮女神一號」由1個主探測器和2個子探測器組成，一些儀器的探測精確度達到了以往同類儀器的10倍至100倍。

　　於2008年10月22日升空的「月船一號」，標誌著印度也躋身了「探月俱樂部」。該探測器除了對月球地質結構和礦物資源進行調查，還攜帶了一個月球撞擊探測裝置。探測器進入月球軌道后，該裝置以每秒75米的速度彈出，撞向月球，並不斷拍攝月面，為印度後續選擇月球車著陸位置積累資料。不過「月船一號」並未按計劃完成為期兩年的任務，而在2009年失聯。有趣的是，英國媒體2017年報道稱，已失聯8年的「月船一號」被發現仍在進行繞月飛行。

　　

2009年6月18日，美國一次發射了「月球勘測軌道器」和「月球坑觀測與感知衛星」。前者在距月面50公里的圓軌道飛行，工作至今，其探測載荷解析度優於1米，為目前世界最高。後者是世界首個專用撞擊式月球探測器，於2009年10月9日猛烈撞擊月面，確認月球上有不少水。

　　2011年和2013年，美國先後發射了「月球重力恢復和內部實驗室」和「月球大氣和塵埃環境探測器」，其任務分別為精確測量月球重力場，以及分析月球稀薄的大氣組成、研究月面塵埃作用、了解未來探測活動可能對月球環境造成的影響等。完成使命后，它們均進行了撞擊式探測。

　　未來幾年，人類還將開展多次月球探測活動。除了我國將要實施的嫦娥四號、嫦娥五號任務，印度計劃2019年發射「月船二號」，日本將發射「月球調查智能著陸器」，美國也宣稱要載人重返月球。可以預見，月球上將再次熱鬧起來。