五问嫦娥三号无人登月

　　孙家栋院士

　　欧阳自远院士

　　叶培建院士

　　嫦娥三号探测器在月球表面的模拟图。　新华社发

核心阅读

12月伊始，嫦娥三号在西昌卫星发射中心发射升空后，将前往38万公里之遥的月球，目标是落月，也就是无人登月。

嫦娥三号任务是我国探月工程“绕、落、回”三步走中的第二步，将实现我国航天器首次在地外天体软着陆，开展着陆器悬停、避障、降落及月面巡视勘察。如“落月”顺利，我国航天相关技术将实现巨大跨越，将为我国深空探测的发展奠定重要的技术基础。

发射前夕，开拓并亲历我国探月征程的孙家栋、欧阳自远和叶培建三位院士，接受了本报记者专访，讲述他们眼中的嫦娥三号和中国探月历程。

１

为什么在虹湾着陆？

——着陆区比较平坦，通讯和光照条件好

记者:嫦娥三号的月球软着陆区目前选定在月球虹湾地区，为什么虹湾是唯一的选择？

欧阳自远（首任探月工程月球应用科学首席科学家、中科院院士）：嫦娥三号计划将在月球虹湾着陆。虹湾位于月球正面的西北角，属于月海区域。月球正面，其实就是月球朝向地球的这一面。由于月球自转一周和绕地球一周都是约28天，所以地球上的人们永远只能看到月亮的一半，看不到另一半。又因为月球向着太阳的时间是半个月左右，背着太阳的时间也是约半个月，月亮的完整一天是地球概念的一个月。

从地球上看月球的那一半，会看到有几块黑斑，古代的时候，人们以为是海，就把它们命名为月海。其实我们现在知道那里一滴水也没有，是辽阔的平原。为什么是黑的呢？是因为月球上有些地方被撞出大盆地，盆地下面有很多岩缝。火山喷发，又把一些坑填平了。黑斑其实大多是石头，比如黑色的玄武岩。虹湾是大约39亿年前砸出来的一个坑，由于形似彩虹的弧形，就把这个月海区域的“海湾”命名为虹湾，大约有400公里长。

嫦娥三号在月球着陆，着陆区必须要能跟地球联系上，所以一定要降落在正面。而正面的具体位置，第一得通讯好，第二得阳光好，第三是那儿可以研究的问题多，第四是比较平坦，第五是最好别的国家还没有勘察过。相对而言，之前美国等国家月球探测多在月球赤道附近，高纬度地区不多。根据我们的测控能力，综合这几点，最终将着陆地点定在虹湾地区。

记者：虹湾的科学意义在哪里？

欧阳自远：虹湾这一带是月球研究的空白，没有勘察过。我们希望得到这一带石头的详细成分，研究它的成因，把这个地方研究得更精细一点。

由于虹湾是预设的着陆点，所以我们绘制了一张分辨率为1米的虹湾局部影像图，目的是要在虹湾地区选择一些更平坦的地方，有利于探测器顺利降落。此外，为了让嫦娥三号降落时不至于掉到大的月坑，嫦娥二号已用立体相机对虹湾进行了局域超高分辨率立体成像，直径大于３米的月坑清晰可辨。

２

月球着陆有多难？

——安全着陆和度过月夜将是两大考验

记者：嫦娥三号要在月球着陆，难度到底有多大？

孙家栋（首任探月工程总设计师、中科院院士）：如果说嫦娥一号是里程碑，那么嫦娥三号就是跨越式。嫦娥三号采用的新技术超过80％，要实现的任务又非常难。中国人第一次把自己的航天器落在地球以外的天体，并且要落得准、落得好，难度非常大。

和地球不一样，月球没有空气，不能靠大气层摩擦和降落伞的帮忙，降落要有新的思路。落到月球表面的时候，月球“土壤”非常松软，着陆器能不能“站住”，以及落下后月面巡视器也就是月球车能不能平稳地放出去，都要考虑周到。

还有个巨大的难点，是怎样让着陆器和月球车在月夜熬过极端低温。月球白天温度可高达150摄氏度，晚上能低至零下180摄氏度。月球一个晚上的时间长度，相当于地球的14天，所以着陆器和月球车能不能在月球过夜，是个巨大考验。还得保证月球白天到来后，太阳一照，这两台机器就能“醒来”。所以说，嫦娥三号基本上是个新的东西，搞工程最难的是，新的东西放在一起配合。我预祝嫦娥三号“落月”成功。

叶培建（嫦娥一号卫星总设计师、中科院院士）：嫦娥二号最低到过距月球15公里高度，嫦娥三号从距离月面15公里落下去开始轨道怎么走，这是第一次。为了平稳落下，并落到安全的地方，一方面，探测器上安装了许多设备，测量速度、距离，观察并判断降落位置平不平，这就涉及导航和空中悬停技术。最后几米要在月面自由落体，实现缓冲，吸收冲击力，这些都是第一次。而为了保证着陆器和月球车在月球过夜，我们第一次引入了核同位素电池来发热维持“生存”的最低温度。

主要的技术风险有这三个：着陆地点如何保证落到需要落的地方；如何确保新研制设备的可靠性；如何确保新软件的使用状态。这些，我们在地面上都经过了一个个试验。航天经验告诉我们，想到的都不会发生，发生的都没想到。没有成功之前，我们依然忐忑不安。嫦娥三号成功的话，意味着我们是第三个能够在月球着陆的国家，也是这几十年来的第一次。

欧阳自远：针对这些难题，科研人员采用变推力发动机、自主导航控制技术和研发缓冲吸能部件来攻克软着陆这一难关，并用“原子能电池”保证在寒冷的月夜下着陆器和月球车不被冻坏。而且“原子能电池”不会造成污染，决定使用这种电池时就已经预期到这些问题，电池都是密闭起来的，材料的半衰期也不是特别长。

３

要在月球上做什么？

——着陆器和月球车将开展探测：观天、看地、测月

记者：月球车会在月球上做什么？

欧阳自远：嫦娥三号月面巡视器，也就是俗称的月球车，刚刚在全球征名中被命名为“玉兔”号。如果“落月”成功，并成功驶离着陆器，“玉兔”号月球车将在月面工作三个月。它担负承载科学载荷进行月表形貌与地质构造、月表物质成分和可利用资源调查等使命。月球车走得不会特别快，比人们想象的走得慢，时速约200米。它的高性能体现在越障能力和通过性，而不是追求高速度，6个轮子中有4个可以驱动，而且它始终不会离开着陆器的“视野”。

着陆器和月球车，会同时开展各自探测，可以形容为“观天、看地、测月”，这是嫦娥三号在科学上最重要的内容。

观天，是指着陆器上安装了一台天文月基望远镜，进行月基光学天文观测。这也是人类首次把“天文台”搬到了月球上。地球上的天文学家最想做的一件事情，就是在没有大气、晴朗的月亮上观测天空、看星星，研究星系、恒星的活动。

观地是指安装在着陆器上的极紫外相机，将对地球等离子体层进行极紫外成像探测。测月是指安装在月球车上的测月雷达，探测巡视路线上月壤厚度和结构，以及月壳岩石结构。月球车在月面行走，测月雷达可以测月球地底下30米深土壤层的结构和100米深的次表层结构，这个是国际上之前没有做过的。

４

深空首步为何选月球？

——通过到月球掌握深空探测等基础技术

记者：月球是我国深空探测的第一步，是因为工程技术上容易实现吗？

孙家栋：2004年嫦娥工程立项，2007年第一颗探月卫星嫦娥一号发射，2010年嫦娥二号卫星又成功探月，做到了经费少、周期短、质量好。我们制定了国家发展深空探测比较符合实际的方案，方案的思想是一步一步离开地球。离地球最近的空间支点是月球，我们有了探测月球的经验以后，才好逐步地离开地球。月球离地球40万公里左右，比较便于测试通讯等各种深空探测技术。同时，卫星上天围绕地球转，当你离开地球往深空发展，地球、卫星、月球，三者的运动关系就会发生很大的变化。这些，都可以通过到月球来掌握基础技术再发展。

实际上，上世纪90年代，我们的航天技术专家就开始探讨探月，同时科学家也在考虑第一步到月球做什么。科学探测的要求不能太高也不能太低，要结合航天工程水平，还要能够向前“跨一步”，在当时经济和科学技术条件下，月球探测是比较切合实际的深空探测计划。

我国的绕月探测工程也就是嫦娥工程共分为三期。一期工程为“绕”，已经由嫦娥一号实现。二期工程为“落”。嫦娥二号是先导星，嫦娥三号是关键任务，后面还有嫦娥四号，就是要实现月球软着陆。三期工程为“回”。要完成上升舱、返回舱、着陆探测器的研制，验证月面起飞、返回和再入等关键技术。

欧阳自远：绕月探测的第一步科学目标就是整体、全面、综合地了解月球。根据这个目标我们当时提出了嫦娥一号的4个科学目标：探测月面地形地貌，探测月球表面的元素和矿物成分，探测月壤特性，以及探测地月空间环境。嫦娥一号完全实现了既定目标。嫦娥二号原本是嫦娥一号的备份星，但嫦娥一号各项任务都完成得很好，就不需要备份星了，最后嫦娥二号做了嫦娥三号的先导星，也就是去打先锋，将嫦娥三号的技术难题和大部分落月路线去试验一遍，看看能不能做到。

嫦娥一号的最终归宿是撞到月球上。嫦娥二号完成任务后，由于燃料剩余、状态良好，又给它派了一个新任务，飞到离地球150万公里以外的拉格朗日L2点去探测太阳。飞离拉格朗日L2点后，又飞越并探测了图塔蒂斯小行星，开创了我国探测小行星的先河。

记者：嫦娥一号当时第一次奔向月球，风险是不是也很高？

孙家栋：第一次去月球，风险的确很大。奔向月球并绕月探测，要求轨道设计和计算合理，否则要么和月球擦肩而过，要么就是和月球撞一起。嫦娥一号卫星去月球，好比骑马打兔子，马跑兔子也跑，骑马的你还得打枪，难度不可谓不大。当时争论得很厉害，用大火箭还是小火箭？选的卫星平台是不是太大了，会不会造成大马拉小车……最后结果来看，嫦娥一号选了非常合理的技术路线，并实现了4项科学目标。

叶培建：地球轨道和月球轨道不一样。航天器绕着地球转，大部分在近地轨道，最远也就七八万公里。月球距离地球平均38万公里，我们当时最初具有的最大天线才12米，理论上测不了多远，因此我们就要把卫星上自带天线的能力做到极致。前两次探月，最紧张的时刻是近月时段，嫦娥卫星要近月制动。这时候早了不行，晚了也不行，只有唯一的时刻。如果这个时刻没有被月球捕获成为月球的“卫星”，就要过很多天再回来，那时候卫星状态什么样心里没底。

航天事业高风险，那么庞大的队伍搞科研，总会有些问题不知道，或者没有人告诉你。所以对任何可疑的事情都不能放过。欧阳自远院士说过一句话，科学家做研究，100次失败99次，只要有一次成功就是成功，而航天人搞航天，100次成功99次，只要有一次失败就是失败。

５

人类为什么要探月？

——月球有丰富能源资源，探月能带动大量的技术突破和进步

记者：在科学意义上，人类为什么去月球？

欧阳自远：在技术发展层面，人类探月活动特别是美国阿波罗计划产生了强大的推动力，带动了上世纪六七十年代世界高新技术的发展，其影响一直延续到今天，在计算机、通讯、医疗卫生等各个领域都发挥了巨大作用。现在又掀起人类重返月球的高潮，仍然是因为月球有几个问题非常重要，值得去探索。

月球有丰富的能源，这个是全球共识。比如太阳能，月球上的白天接近半个月，月球表面是真空，没有任何遮挡，可以无限制地铺设各种太阳能电池板，如果月球上的太阳能转变成电能以后输送到地球，将是巨大的能源。另外一种能源是氦3，石油、煤、天然气等终究要耗光，月球上氦3的资源量据初步估算超过100多万吨，如果利用，至少可以解决全人类能源的需求一万年以上。月球的矿产资源也极其丰富。另外，月球上的环境虽然极其恶劣，但是这些极端环境正适合生物制品和新材料的生产。

探测月球上的水，也是很时髦的一件事情。虽然月球白天太阳一出来100多摄氏度，根本不可能有水，但有一些地方永远照不着太阳，这些永久阴影区里可能含有水，国际上探月活动通过撞月最后确证月球上存在水、冰。

我觉得，中国应该离开地球去探测别的天体，这是科技发展的需要，也能够带动大量的技术突破和进步，能培养出一支高素质的航天人才队伍。嫦娥工程是中国人脱离地球引力离开地球摇篮的第一步，月球是前往深空的第一个门槛。

孙家栋：航天让人感动的地方在于，航天是一片沃土，只要一颗种子进入，会很好的茁壮成长。这背后是集体的力量。

航天梦是中国梦的一部分。航天梦是什么？我认为就是集成尖端技术，为经济建设、科学技术发展。我现在关心的是，天上取得的成果怎么“落地”，也就是怎么和国家的经济建设更好的结合起来，发挥更大的效益。目前我们的航天成果非常多了，北斗卫星导航系统目前发射了16颗卫星，已开始服务亚太地区，到2020年一共要发射30余颗北斗卫星。这么大的投资，除了安全需要，还应该更好地服务国民经济和社会发展。

航天事业的重要意义在于，让人类不仅看到今天，还要看到明天。将来的问题，我们不能到了将来才去解决。（余建斌 吴月辉）