中国月球探测工程

第一节　中国月球探测工程

中国首个月球探测工程被命名为“嫦娥工程”，它是一项国家战略性科技工程，将服从和服务于科教兴国战略和可持续发展战略，以满足科学、技术、政治、经济和社会发展的综合需求为目的，把推进科学技术进步的需求放在首位，力求发挥更大的作用。整个工程规划贯彻“有所为、有所不为”的方针，选择有限目标，突出重点，集中力量，力求在关键领域取得突破，为深空探测活动奠定坚实的基础。

根据有关规划，中国将在2020年前，分三步完成对月球的无人探测。嫦娥工程规划为三期，简称为“绕、落、回”三步走。

一、绕月飞行——嫦娥工程的第一期

（一）工程概要

第一期工程“绕”，即发射中国第一颗月球探测卫星，突破至地外天体的飞行技术，实现首次绕月飞行。

（二）工程目标

嫦娥工程第一期有五大工程目标：一是研制和发射中国第一颗探月卫星，二是初步掌握绕月探测基本技术，三是首次开展月球科学探测，四是初步构建月球探测航天工程系统，五是为月球探测后续工程积累经验。为此，要突破月球探测卫星的关键技术，初步建立中国的深空探测工程大系统，验证有效载荷和数据解译等各项关键技术，初步建立中国深空探测技术研制体系。

“嫦娥一号”卫星

（三）科学目标

一是获取月球表面三维立体影像，从而划分月球表面的基本地貌和构造单元，初步编制月球地质构造纲要图，为后续优选软着陆区提供参考依据。

二是分析月面有用元素的分布特点，即对月面有用元素进行探测，初步编制各元素的月面分布图。

三是探测月壤特性。目前月球上已知矿物有100多种，其中的氦3是一种安全、高效、清洁的新型核聚变燃料，可改变人类社会的能源结构，但在地球上十分罕见。每100吨氦3可以解决全球一年的电力供应问题，而月球上的氦3储量据估算有500万吨，可满足人类1万多年的用电需求。月球潜在矿产资源和能源的开发利用前景，已成为各主要航天国家组织重返月球和开展月球探测的最主要动力。中国首次开展月面的微波辐射探测，将估算全月球月壤厚度，研究月表年龄及演化，获取月壤中氦3的资源量和分布特征的数据。

四是探测地月空间环境，记录原始太阳风数据，研究太阳活动对地月空间环境的影响。

（四）“嫦娥一号”

中国第一颗月球探测卫星“嫦娥一号”于2007年10月24日在西昌卫星发射中心发射升空，并于同年11月7日正式进入工作轨道，11月20日开始传回探测数据。2009年3月1日16时13分，完成各项探测任务的“嫦娥一号”成功撞击月球，并准确落于月球预定撞击点，为中国探月第一期工程画上了圆满的句号。

二、落月探测——嫦娥工程的第二期

（一）工程概要

第二期工程“落”，即发射月球软着陆器，并携带月球巡视勘察器（俗称月球车），在着陆器落区附近进行就位探测。这一阶段将主要突破在地外天体软着陆和自动巡视勘察的技术。在人类进行的月球与深空探测活动中，环绕探测、软着陆探测和巡视勘察是最主要的探测手段，软着陆更是踏上另一个星球进行实地科学探测的第一步。

（二）工程目标

一是突破月球软着陆、自动巡视勘察、深空测控通信、月夜生存等关键技术，提升航天技术水平。

二是研制月球软着陆探测器和月面巡视探测器，建立地面深空站，获得包括运载火箭、探测器、深空站等在内的功能模块，具备月球软着陆探测的基本能力。

月球着陆器在月球表面软着陆

三是建立月球探测航天工程基本体系，为后续工程服务。

（三）科学目标

一是月表形貌与地质构造调查。获取月壳浅层物质结构特性的数据也是国际月球探测与研究的热点之一。由于月球本身的构造运动在31亿年前就基本结束，因此，获取月表地质构造信息，开展月球早期构造活动的系统研究，对月球与太阳系类地行星早期的构造演化历史的研究具有重要的科学意义。

二是月表物质成分和可利用资源调查。月球蕴含丰富的可利用矿产和能源资源。开发和利用月球资源，关系到将来月球基地的选址以及建设方案的选择。

三是月球内部结构研究。月球内部结构不但体现月球目前的状态，还记录着其形成和演化历史的信息。月球内部结构探测不仅可以使人类清楚认识月球的状态、结构和组成，而且可以为了解月球的起源和演化历史提供最可靠、最直接的证据。

月球着陆器与月球车在月球表面执行探测任务

四是日—地—月空间环境探测。

五是月基光学天文观测。月基天文观测不但与常规的地面观测相比优势突出，与一般的空间观测（空间望远镜和天文卫星）相比，仍然具有连续监测时间长、望远镜姿态易控制、所需的地面站数量少等显著优势。

（四）“嫦娥二号”

“嫦娥二号”于2010年10月1日在西昌卫星发射中心发射升空。与“嫦娥一号”任务相比，“嫦娥二号”任务技术更新、难度更大、系统更复杂。对探月工程起承上启下关键作用的“嫦娥二号”，将实现六个方面的技术创新与突破：

一是突破运载火箭直接将卫星发射至地月转移轨道的技术。相比“嫦娥一号”先发射到地球附近的转移轨道，再经过自身多次调整进入奔月轨道，“嫦娥二号”由运载火箭直接送入奔月轨道。“嫦娥一号”用了近14天时间进入工作轨道，“嫦娥二号”7天以内就可做到。因此，“嫦娥二号”任务所需的运载火箭推力更大，对入轨精度和控制精度的要求更高。

二是试验X频段深空测控技术，初步验证深空测控体制。“嫦娥二号”任务首次验证了中国新建的X频段深空测控体制。相比“嫦娥一号”任务中使用的S频段卫星测控网，X频段无线电传输信号频率更高，远距离测控通信效果更好。

三是验证100千米月球轨道捕获技术。“嫦娥一号”在距月面200千米处被月球捕获，而“嫦娥二号”在距月面100千米处进行制动，飞行速度更快，轨道更低，同时，月球不均匀重力场对卫星轨道的摄动影响也相应增大，大大提高了对卫星制动控制精度的要求。

四是测试将飞行轨道由100千米圆轨道调整为100千米×15千米椭圆轨道的能力。

五是试验全新的着陆用相机，数据传输能力大幅提高。“嫦娥二号”增加配置了着陆用相机，以检验对月成像能力，为“嫦娥三号”在月面软着陆做准备。“嫦娥二号”的数据传输速率比“嫦娥一号”提高了1倍。

六是对“嫦娥三号”预选着陆区进行高分辨率成像试验。

三、采样返回——嫦娥工程的第三期

（一）工程概要

第三期工程“回”，即发射月球采样返回器，软着陆在月球表面特定区域，并进行分析采样，然后将月球样品带回地球，在地面上对样品进行详细研究。这一步将主要突破返回器自地外天体自动返回地球的技术。第三期工程的实施将深化对月壤、月壳以及月球形成与演化的认识，并为月球探测后续工程提供数据支持。第三期工程也是后续载人登月工程的一个起点。

（二）科学目标

一是探测区月貌与月质背景调查与研究。主要内容包括：探测区月表形貌探测与月质构造分析；探测区月壤特性、结构与厚度分析，以及月球岩石层浅部（1～3千米）结构探测；探测区矿物化学组成就位分析。

月球自动采样返回探测器在月球表面自动采取月球样品

二是月壤和月岩样品采集。月球表面覆盖了一层月壤。月壤包含了各种月岩和矿物碎屑，它记录了月表遭受撞击和太阳活动的历史。月岩和矿物是研究月球资源、物质组成与形成演化的主要信息来源。采集月壤剖面样品和月岩样品，对月表资源、月球物质组成、月球表面过程及太阳活动历史等方面的研究都具有重要意义。其主要内容包括：在区域形貌和月质学调查的基础上，利用着陆器上的钻孔采样装置钻取月壤岩芯；利用着陆器上的机械臂采集月壤和月岩样品；在现场成分分析的基础上，采样装置选择采集月球样品；着陆器和月球车都进行选择性采样，月球车可在更多区域选择采集多类型样品，最后送回返回舱。

三是月壤与月岩样品的实验室系统研究与某些重要资源利用前景的评估。主要内容包括：对返回地球的月球样品进行系统分析研究，如对其成分、物理性质等进行实验室分析研究；进行月球重要资源利用前景的评估，这是人类利用月球资源的前导性工作，可以为月球资源的开发利用以及人类未来月球基地的建设进行必要的准备；根据月球蕴含资源的特征，测定月球样品中氦3、氢、钛铁矿等重要资源的含量，研究其储存形式；开展太阳风粒子的吸附机理和钛铁矿富集成矿的成因机理研究；开展氦3等资源提取的实验室模拟研究。

月球自动采样返回探测器返回舱飞临地球上空

四是月壤和月壳的形成与演化研究。月壤的形成是月球表面最重要的过程之一，是研究大时间尺度太阳活动的窗口。月球演化在31亿年前基本停止，因此月表岩石和矿物的形成与演化可反映月壳早期发展历史；月球表面撞击坑的大小、分布、密度与年龄记录了小天体撞击月球的完整历史，是对比研究地球早期演化和灾变事件的最佳信息载体。

五是月基空间环境和空间天气探测

太阳活动是诱发空间环境与空间天气变化的主要因素，对人类的航天活动有重大影响。在嫦娥工程的第三期，空间环境与空间天气探测主要包括：利用空间环境探测器，记录宇宙射线、太阳高能粒子和低能粒子的通量和能谱，分析与研究太阳活动和地月空间环境的变化关系，探测太阳风的成分与通量，为月壤成熟度和氦3资源量的估算提供依据；在月面安置由两个天线单元组成的甚低频干涉观测仪，长期进行太阳和行星际空间研究，建立能够观测甚低频电磁辐射的长久设施。

月球自动采样返回探测器返回舱穿越大气层