這是我們“大國科技范”系列的第三篇文章，昨天我們了解了“鵲橋”中繼衛(wèi)星的重大作用，今天我們再來了解一下奔月家族的核心成員們是如何探測月球的吧！
古往今來，人們對月亮總是懷有一份特殊的情感。嫦娥奔月的神話，便寄托了中國古代先民對于月亮的向往。
萬戶飛天雕塑
人類最早的一次有記錄的“登月計劃”，來自中國明朝一位名叫萬戶的工匠。國際天文聯(lián)合會將月球上的一座環(huán)形山命名為“萬戶”，以紀(jì)念這位偉大的航天事業(yè)先行者。
隨著天文學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)月球是距離地球最近的星體，是人類走出地球邁入太空的第一站。
因此，“登月”這份浪漫又壯麗的夢想在千百年之后，又多了一層更加深遠的戰(zhàn)略意義。
在這個中華民族偉大復(fù)興的關(guān)鍵階段，中國自然不能落于人后。早在2004年，我國就已經(jīng)開展了月球探索工程，并在今天取得了一系列重大成果。
2007年10月24日，長征三號甲火箭成功將我國首顆繞月人造衛(wèi)星“嫦娥一號”運載升空。
航天器在運行的過程中，為了將實際運行軌道與標(biāo)準(zhǔn)軌道之間的偏離量控制在一定范圍之內(nèi)，往往需要利用航天器上的動力裝置調(diào)整運行速度，修正軌道參數(shù)。
然而，由于衛(wèi)星軌道控制得“非常精準(zhǔn)”，嫦娥一號奔月途中原定的3次軌道修正，實際上只實施了1次，飛行表現(xiàn)堪稱完美。
進入環(huán)月軌道之后，嫦娥一號就開始將月球照片源源不斷地傳回地球。除了直接拍攝的月球平面圖，衛(wèi)星還利用激光高度計對月表的地形信息進行了探查。
激光高度計的基本原理是“真空或均勻介質(zhì)中光沿直線傳播”，根據(jù)光的傳播速度、光束到達月球表面的時間和角度，就可以計算出月球各部位的“身高指標(biāo)”，最后，人們將平面圖像整合就可獲得月球表面的三維“立體照片”。
值得一提的是，嫦娥一號衛(wèi)星使用的是我國第一次自主研制的應(yīng)用于空間探測的激光主動遙感儀器，各項技術(shù)指標(biāo)均明顯優(yōu)于同期工作的日本“月亮女神”激光高度計。
“嫦娥一號”激光高度計在約一年的工作中，不僅獲取了912萬點有效全月面三維高程數(shù)據(jù)，還首次有效地獲取了月球南北兩極的高程數(shù)據(jù)，填補了這一領(lǐng)域的空白。
而根據(jù)嫦娥一號拍攝數(shù)據(jù)制作完成的“中國第一幅全月球影像圖”，也是目前世界上已公布的月球影像圖中最清晰的。
嫦娥一號任務(wù)的圓滿完成，標(biāo)志著中國航天正式邁入深空探測新時代。
作為探月二期工程的先導(dǎo)星，嫦娥二號也于2010年10月1日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。
除了延續(xù)嫦娥一號的科研目標(biāo)，對月球表面做出進一步的科學(xué)探測之外，嫦娥二號還承擔(dān)了更多新的科研任務(wù)，不僅升級了成像設(shè)備，還將衛(wèi)星的運行速度從200公里降低至100公里，圖像分辨率也從嫦娥一號的120米精確到了7米。
同時，嫦娥二號還對嫦娥三號預(yù)選著陸區(qū)——虹灣進行了拍照，為下一步的月球軟著陸做好了準(zhǔn)備。
嫦娥二號還創(chuàng)造了航天領(lǐng)域的多項“世界第一”，其中就包括首次從月球軌道出發(fā)飛赴日地拉格朗日L2點進行科學(xué)探測。
航天器在太陽和地球的引力作用下，位于空間中的一點時，可以相對于太陽和地球保持靜止，這一點就被稱為日地拉格朗日點。
理論上每兩個大天體之間都存在5個拉格朗日點，但由于還會受到其他天體的影響，通過計算得出的拉格朗日點并不全都是穩(wěn)定的。
而日地拉格朗日L2點就是一個相對穩(wěn)定的拉格朗日點，位于此處的衛(wèi)星只需要消耗極少量的燃料就能長期駐留，是探測器、天體望遠鏡定位并觀測太陽系的理想位置，具有極高的探索價值。
嫦娥二號掙脫了地球引力的束縛，與地球間的距離突破6000萬公里，成為我國首個人造太陽系小衛(wèi)星，開啟了中國航天器飛行距離最遠的一次“太空長征”。
按照我國探月工程“繞、落、回”三步走的任務(wù)計劃，在第一期“繞月”任務(wù)圓滿完成之后，于2013年發(fā)射的嫦娥三號就正式拉開了我國探月二期工程的帷幕。
嫦娥三號著陸器
在此之前，世界上僅有美國和蘇聯(lián)成功實現(xiàn)了無人月球軟著陸。
嫦娥三號探測器進入環(huán)月軌道之后，經(jīng)過主減速段、快速調(diào)整段、接近段、懸停段、避障段、緩速下降段６個階段的減速，最終從距離月球表面15公里的高度實現(xiàn)了安全著陸。
這次任務(wù)的圓滿成功，意味著中國成為了世界上第3個具有月球軟著陸能力的國家。
嫦娥三號的軟著陸方案與國外的做法相比，新增了懸停和避障階段，探測器可以對著陸區(qū)地形進行更加精確的勘察，對運動狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)的感知速度也有所提高。
而完全由我國自主研制的變推力發(fā)動機，也更好地適應(yīng)了不同飛行階段對發(fā)動機推力的需求，極大地提高了著陸的安全性。
除了月球軟著陸，我國還在這次任務(wù)中首次實現(xiàn)了對月面探測器的遠程操控。而“玉兔”號月球車在地面遠程操控的基礎(chǔ)上，又增加了自主完成局部規(guī)劃、避障和安全監(jiān)測、應(yīng)急保護的能力。
嫦娥三號圓滿完成任務(wù)之后，嫦娥四號又承擔(dān)起了更新的任務(wù)和挑戰(zhàn)——月球背面軟著陸。
在此之前，世界上還沒有實地考察月球背面的先例。
嫦娥一號衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮兼總設(shè)計師葉培建院士指出，月球背面軟著陸的最大難點在于地月之間的潮汐鎖向，它導(dǎo)致人類在地球上只能看到月球的正面，無法與月球背面直接通信。
如果通信問題得不到解決，嫦娥四號的工作就不能正常開展。
為此，科學(xué)家們提出了一個有效，而且成本最低的解決方案——向地月拉格朗日L2點發(fā)射一枚中繼衛(wèi)星，以它為媒介聯(lián)絡(luò)地月兩地。
2018年5月21日，“鵲橋號”中繼星成功發(fā)射并進入地月拉格朗日L2點使命軌道，成功采集月球信息并實時進行対地通信。
通信問題得到解決之后，嫦娥四號探測器在今年的1月3日10時26分，成功軟著陸月球背面的馮·卡門撞擊坑，并為世界送上了第一張近距離拍攝的月背影像圖。
探月工程嫦娥四號任務(wù)的圓滿成功，首次實現(xiàn)了地球與月球背面的測控通信，也是人類歷史上首次實現(xiàn)航天器在月球背面的軟著陸和巡視探測。
在成功實現(xiàn)了軟著陸和巡視探測之后，嫦娥四號工程正式轉(zhuǎn)入了科學(xué)探索階段。
而探月計劃的三期工程，“奔月落月—采樣—返回地球”的嫦娥五號計劃也將在今年年底正式開展。
如果實施順利，嫦娥五號將為中國取回第一抔月壤，并突破“返回”方面的多項關(guān)鍵技術(shù)。
“嫦娥五號”攜帶月球樣品返回模擬圖
從神話傳說到萬戶飛天，從“東方紅”升空到載人航天，中華民族在探索浩渺宇宙的路上從來都沒有停下追尋的腳步。
敢上九天攬月！從嫦娥一號到嫦娥五號，一路走來，經(jīng)歷了無數(shù)艱辛，也創(chuàng)造了無數(shù)奇跡。
相信中國的探月計劃一定能在不久的將來得到實現(xiàn)，并以月球為征途的起點，向更加浩瀚的星空邁進。
