( 三 ) 李宁湘
?? 一辆月球车正在月面漫步, 背景中的地球 冉冉 升起 这是中国的月球探测工程中二期工程 落 的想象图 月球车即月面巡视探测器 配备了一套自主视觉导航系统, 可观察前方 3 米以内的地貌 通过计算, 建立三维立体地图, 判断行进路径, 遇到大于 30 度斜坡 高于 25 厘米的石块, 或者直径大于 2 米以上撞击坑时, 均可选择避让行走
嫦娥工程 顺利完成后, 我国计划于 2012 年左右实施月球探测二期工程, 实现 落 : 新一代的大型运载火箭会把重量大大超过 嫦娥一号 的新 主角儿 推举升空, 我们制造的探测器将降落在月球上, 这个探测器会携带一辆小型的月球车 月球车能自主或在遥控状态下, 漫步在月球表面, 自动勘察它所遇到的月岩
然后, 在 2017 年左右实施三期工程 回 : 月球样品的自动采样返回 这意味着我们可以得到一批来自月球表面的岩石样本 迄今为止, 世界上只有美国和前苏联曾经做到了这一点 到时候, 至少可以送几公斤到北京天文馆里去展览
总体看来, 我们的月球探测计划还是相对稳健的, 至少在目前还没有考虑载人登月 这会在很大程度上降低风险, 毕竟损失飞行器和损失航天员是不能相提并论的 在这方面已经有非常惨痛的教训 美国的 阿波罗计划 在执行时就发生过这样的事故 :
1967 年 1 月 27 日, 三名航天员维尔基尔 格里森 爱德华 怀特和罗杰 查菲在一场大火中身亡 当时, 他们正在模拟演习, 并肩坐在肯尼迪角第 34 号发射架上的 土星 1 号火箭顶部 可是一个意外的电火花点燃了阿波罗 1 号飞船座舱的纯氧, 刹那间大火吞没了他们的飞船 而他们被卡在关闭的舱门后面, 无法使用安全系统及时逃离, 而被活活烧焦
虽然神舟系列飞船的成功飞行证明中国已经掌握了相当水平的载人航天技术, 但目前阶段我们还不愿意承担载人登月的风险 技术的进步需要阶梯 若干年前, 美国的 阿波罗计划 也是从不载人的月球探测和往返飞行开始的 何况不载人还意味着整个计划所需要的费用大大降低 : 按照一般的估计, 大约只有载人计划的八分之一
英国的 经济学家 报道中国的神舟载人计划时, 曾表达了一种西方发达国家非常 具有代表性 的观点 : 每年花费 20 亿美元, 来发展航天科技, 对中国这样的 落后国家 来说, 太昂贵了
事实是, 我们用有限的投资取得了最好的效果 我国每年对载人航天工程的投入在 GDP 中所占的比例比法 德 日 印等国都要少 在这样的情况下取得了这样的成绩, 是非常值得骄傲的 当然, 在节省的另一面, 确实存在经费的不足 根据公开报道, 目前我国对 嫦娥工程 的投人为 15 亿元人民币, 差不多相当于 2 亿美元, 仅为国外同类项目资金投入的五分之一
除了资金匮乏, 我国在吸收外来技术上, 因 为一些复杂的因素, 也有一定的障碍 我们是继美国和前苏联之后第三个独立将人类送上太空的国家, 但这一成就并未能使我们被美国接纳到 国际空间站 项目之内 这个国际项目有 30 多个国家参与, 包括美 俄 日 英 法, 但是没有我们 在多国参与的火星探索计划中, 同样没有我们的份
在我国进入国际商业发射服务市场的 16 年间, 美国曾 4 次以各种借口对中国的发射服务实施制裁, 禁止使用长征火箭发射美制卫星和采用了美国零件的卫星 这些遏制政策, 让中美航天合作困难重重 我国航天方面大部分要靠自己摸索, 登月技术更是只有靠自己
所以, 相比其他国家雄心勃勃的月球探测计划, 我国在这方面显得非常谨慎, 甚至有些保守 欧阳自远院士曾面对媒体阐述自己的看法, 目前在中国科技界存在着一种浮躁现象 : 有点急功近利 打个比方, 小孩刚生下来, 不让学爬, 不学走, 不学跳, 就直接逼着她跳芭蕾, 这是很不现实的
这是我们第一次搞月球探测, 已经比别人晚了 40 多年, 我们提出的科学目标已经有了很多新意, 这相当不容易 当然, 我们也可以提出更多的科学目标, 保证别人都没有做过, 而且是最先进的, 但有现实意义吗? 我对科学目标定义的理解是 : 科学的设想和技术能力的有机结合 仅仅有空想 幻想, 却不能实现, 这没有任何价值
也许中国人还要花 20 年甚至更长的时间才 能实现载人登月的梦想, 但是, 月球就在那里, 嫦娥会充满深情地继续期待
氘 氚 氘和氚都是氢的同位素 在一定条件下, 它们的原子核可以互相碰撞而聚合成一种较重的原子核 -- 氦核, 同时把核中贮存的巨大能量 ( 核能 ) 释放出来 一个碳原子完全燃烧生成二氧化碳时, 只放出 4 电子伏特的能量, 而氘 - 氚反应时能放出 400 万电子伏特的能量 氘 - 氚反应时能放出 1780 万电子伏特的能量 1 公斤氘燃料, 至少可以抵得上 4 公斤铀燃料或 1 万吨优质煤燃料
氘 氚 氘 - 氚的核聚变反应, 需要在几千万度, 以致上亿度的高温条件下进行 目前, 这样的反应, 已经在氢弹爆炸过程中得以实现 用于生产目的的受控热核聚变在技术上还有许多难题
氘 氚 随着科学技术的进步, 这些难题都是能够解决的 1991 年 11 月 9 日, 由几个欧洲国家合资, 在欧洲联合环型核裂变装置上, 成功地进行了首次氘 - 氚受控核聚变试验, 反应时发出了 1.8 兆瓦电力的聚变能量, 持续时间为 2 秒, 温度高达 3 亿度, 比太阳内部的温度还高 20 倍 核聚变比核裂变产生的能量效应要高达 600 倍, 比煤高 1000 万倍
氘 氚 科学家们认为, 氘 - 氚受控核聚变的试验成功, 是人类开发新能源历程中的一个里程碑 未来, 核聚变技术和海洋氘 氚提取技术将会有重大突破 这两项技术的发展与成熟, 对整个人类社会将产生重大的影响
航天技术包括的内容 1 空间探测技术 Space Exploration 2 卫星通讯技术 Satellite Communication 3 卫星导航定位技术 Satellite Navigation and Positioning 4 空间对地观测技术 Space-to-earth Observation 5 卫星应用技术及其产业化 Application Technologies and Industrialization of satellite 6 航天运载技术 Space Launcher
世界各国航天技术比较 发射人造卫星 载人航天和深空探测是航天技术的三大领域 截至目前, 在深空探测的竞技场上, 只有美国一枝独秀, 因此这里的比较仅涉及前两大领域
关于各国第一颗人造地球卫星 世界各国发射的航天器总数已将近 10000 个, 但真正使用本国运载火箭发射本国所造卫星的国家却只有 9 个 : 按照其发射第一颗卫星的时间顺序, 分别是苏联 美国 法国 日本 中国 英国 印度 以色列和朝鲜 简况如下 :
关于各国第一颗人造地球卫星 国别 卫星名称 发射日期 卫星质量 (kg) 苏联 人造卫星 -1 1957 年 10 月 4 号 83.6 美国 探险者 -1 1958 年 1 月 31 号 13.97 法国 实验卫星 a-1 1965 年 11 月 26 号 42 日本 大隅号 1970 年 2 月 11 号 9.4 中国 东方红 -1 1970 年 4 月 24 号 172.82 英国 成功号 1971 年 10 月 28 号 66 印度 罗希尼 1980 年 7 月 18 号 40 以色列 地平线 -1 1988 年 9 月 19 号 155 朝鲜 光明星一号 1998 年 9 月 4 号 数据不祥
主力火箭的运载能力 人类进入太空需解决运载工具问题 运载火箭的技术指标包括运载能力 入轨精度 火箭对不同重量的有效载荷的适应能力和可靠性等 其中运载能力是指火箭能送入预定轨道的有效载荷重量 下面是世界航天大国和组织所研发的部分主力运载火箭的简况 :
主力火箭的运载能力 国别 美国 俄罗斯 ( 苏联 ) 火箭系列 首次发射时间 最大运载能力 ( 吨 ) 近地轨道地球同步转移轨道太阳同步轨道 大力神 1964 21.9 5.3 宇宙神 1958 13 主寨薯 1960 13 土星一 V 1967 139 东方号 1960 4.73 1.15 质子号 1968 20 能源号 1987 105 天顶号 1999 14 11 欧空局 阿丽亚娜 1979 11-12 中国 长征 1970 12 5.2 日本 H 一 2 1994 2-3 印度 极轨卫星火箭 1993 3 1
第一次载人航天 载人航天是航天领域里最复杂的系统工程 截至目前, 世界上大约已有 300 多人进入过太空, 涉及的国家将近十个, 但是只有以下 3 个国家完全依靠自己的力量实现了载人航天
第一次载人航天 国别航天器航天员发射时间飞行时间 苏联 东方一号 尤里 加加林 1961 年 4 月 12 日 1 小时 48 分 美国 水星六号 约翰 格伦 1962 年 2 月 20 日 4 小时 55 分 中国 神舟五号 杨利伟 2003 年 10 月 15 日 21 小时 23 分
绕 一期工程的主要目标是 绕, 实现绕月探测, 为此, 嫦娥一号卫星上装有一双特殊的 激光眼 中国独立自主研发的第一个太空激光高度计 这双 激光眼 每隔一秒发射一束激光, 在月球表面留下一个约 100 米直径的 足印 后, 便在千分之一秒内反射回来, 由卫星实时处理并向地球传回测得的大量数据 就这样, 它将从太空传回月面三维高程图, 为中国未来的登月计期寻找最合适的落脚点
绕
落 二期工程的主要目标是 落 : 着陆探测器将 登陆 月球, 这个着陆器会释放出一辆小型的月球车 月球车在月面漫步的时候, 着陆器上的各种科学仪器也同时并展各种探测工作
落
回 三期工程的核心内容是 回 首先, 发射一个着陆器在只球表面着陆, 着陆器经过相关的探测后, 再使用机械臂自动采集月球表面的岩石和月壤样品 采蓦睡的样品被装入返回器 然后, 返回器点火飞离月球, 最终把样品带回地球 与 绕 和 落 相比, 回 的技术要求更高 更复杂 掌握了 回 的技术, 就意味着我们向载人登月又迈进了一大步
回
嫦娥奔月难在哪? 浩瀚的海洋 太空月球 离人类最近的岛屿想出海? 先踏足这座岛!
嫦娥奔月难在哪? 地球与月球的平均距离是 384400 公里, 要把 一颗 2.35 吨的卫星送上月球并实现一系列的科学 探测真不是间容易的事
一难 : 选那条路去月球? 轨道设计和变轨技术是最大难题四次变轨, 一次中途修正, 三次近月制动
一难 : 选那条路去月球?
二难 : 月亮 太阳 地球的 三角关系 对月 对日 对地定位 嫦娥一号肩负四大科学任务 : 从月球表面获取月球表面三维立体影像 ; 精细划分月球表面的基本构造和地貌单元 ; 探测月壤厚度 ; 探测地球之月亮的空间环境 完成这些工作需要对月定位
二难 : 月亮 太阳 地球的 三角关系 太阳是嫦娥一号的生命源泉, 她所需要的能源几乎都是通过太阳帆板获取的, 这个帆板必须永远对准太阳, 也就是对日定位
二难 : 月亮 太阳 地球的 三角关系 探测到的数据传回地球, 传输天线一定要对准地球, 即对地定位 在对月定向方面采用新技术 紫外敏感器 因为月球没有大气层, 其红外辐射场非常不稳定 国内首次采用, 在国际上也相当罕见
三难 : 从 8 万到 38 万公里的飞跃 离开西昌卫星发射中心后, 嫦娥一号只花了二十几秒便离开了人们肉眼能及的范围 此后, 测控系统就像一只千里眼与无形手, 始终与他保持密切的联系, 始终掌控他的一举一动 过去, 我国的绝大部分卫星在距离地面 4.2 万公里的范围以内, 个别卫星离地最远距离也不超过 8.5 万公里, 属于近程范围 嫦娥要飞到 38 万公里远的到月球, 距离地面最远可达 44 万公里, 是地球同步卫星与地面距离的 10 倍以上, 现有的测控网受到了极大的挑战
三难 : 从 8 万到 38 万公里的飞跃 解决办法 : 加大接受能力 在昆明和北京密云分别建立了一个 50 米和一个 40 米的天线, 卫星上也加大发射功率, 采用的天线是以前从未用过的大架机械指向天线 在卫星上可随时动作更大范围捕捉地球
四难 : 天狗食月 了, 嫦娥怎么办? 月球的地表温差很大, 白天平均地表温度 100 多摄氏度, 夜间则骤然降至零下 100 多摄氏度, 日夜温差高达 300 多度 冰火两重天 卫星热设计难题 更难对付的是月球上每年两次的月食现象 地球挡在太阳和月亮之间 我们找不到月亮 嫦娥找不到太阳 失去了能量的源泉
四难 : 天狗食月 了, 嫦娥怎么办? 卫星上的蓄电池要经受艰巨的考验 : 1 要有低温下放电的能力; 2 要有极端温度下维持放电的能力; 3 更要有耐受低温的能力
预计在 2020 年至 2025 年间, 中国将有能力 实现载人登月! 中国加油!!
谢谢! 李宁湘