飛向月球----第三集

　　主持人：大家好，歡迎收看我們今天的節目。可能很多人都知道，我們總是喜歡在夜晚的時候，抬頭仰望夜空，去尋找什麼呢，閃爍的星星，明亮的月空，還是那挂在天空當中的銀河呢。有人這麼給我們解釋。為什麼從古至今總是有一股強大的推動力，去促使我們進行這方面的探索呢。無論我們採取什麼樣的手段，那恐怕就是因為，我們天生有一種孤獨感，我們總覺得自己在這個地球上也好，在宇宙當中也好，總是有一種孤零零的感覺。促使我們總是要把自己好奇的目光，伸向縹緲的太空之中。説實話，探測過遠的星球它的理論知識就夠我們普通人學一輩子了，所以可能對我們很多天文愛好者來説，限于我們手頭的技術條件所限，可能有不少朋友只是有一些相對較為科普的級的、恐怕是相對較為專業級的一些天文觀測設備，但是對於我們研究月球來説，這卻是一個非常方便的途徑。因此説，自從嫦娥一號順利地升空以來，恐怕又有不少人加入到天文愛好者的行列當中，而很多天文愛好者又多了一次大飽眼福的機會，那麼今天呢，咱們還是接著説一説，人類的探月之旅。

　　自古以來，人們就對能在空中自由飛翔的鳥兒充滿著羨慕之情。除了在一些神話故事中創作出了會飛行的人物以外，風箏滿足了人們想要飛翔的一部分夢想，放風箏人的心似乎可以隨著風箏一起飛上藍天。但是，真正要親自嘗試飛行的恐怕要算是400多年前，一個勇敢的明朝人。他坐在一把椅子上，叫家裏的僕人同時點燃捆綁在椅子後邊的47枚火箭，想借火箭的推力飛向空中。可遺憾的是，他最終並沒有能夠飛起來。人們怎麼樣才能實現飛天的夢想呢？

　　我們知道，當人拋出一件物體時，速度和物體被拋出的距離有很大關係。拋出物體時用的力量越大，速度越快，物體被拋出的就會越遠。

　　中國運載火箭研究院 長征三號甲火箭副總設計師 李京紅：這取決於我們的初始速度，我們扔的速度越快，角度越高，那麼它最終落的距離就越遠。

　　於是有人大膽地推測，如果一個人的力量大到足以把這件物體扔出地球半徑以外時，就會出現一個奇妙的現象。這件物體會環繞著地球飛行而不會掉落在地面上。這應該是一個多大的速度呢？ 科學家們經過反復計算之後終於得出了這個速度。

　　中國空間技術研究院 研究員朱毅麟：達到每秒7.92千米這樣大的速度，它就可以圍繞地球飛行，如果整個地球完全是平的，那麼它扔到最後，它會掉下來，即使你飛得再遠，也會掉下來。因為你地球是圓的，掉下來一點它就跑遠，最後就圍繞地球轉。

　　現代火箭的發明終於達到了每秒7.92千米的飛行速度。1957年10月4日，前蘇聯向太空發射了世界上第一顆人造地球衛星，火箭強大的推力將衛星送上了環繞地球飛行的軌道。衛星以每秒8公里的速度，在距離地面最遠大約900公里的軌道上飛行。這是人類第一次利用這個飛行速度把自己製造的物體送上了太空。1970年4月24日，我國發射了第一顆人造地球衛星東方紅一號，太空中傳來了人們熟悉的東方紅樂曲。從那一刻開始到現在，我國已先後發射了通信、氣象、返回式遙感和科學實驗等15種類型的人造地球衛星，為人類社會的發展做出了貢獻。

　　李京紅：我們發射地球的衛星，主要有這麼兩種軌道，一種呢，就是低軌道，所謂低軌道，就是在距地球表面200公里的遠軌道。這個離地球比較近，再一個地球同步軌道，地球同步軌道呢，36000公里左右這麼一個軌道，這是一個大圓軌道。

　　火箭將人造衛星送入預定軌道之後，星箭分離，衛星不再需要火箭的推力，就可以在軌道上運行。此時衛星在毫無動力的情況下，就可以懸浮在空中而不會掉落下來，其原因就在於，衛星在進入軌道之前，火箭已經把衛星的速度提高到了每秒7.92千米以上。

　　朱毅麟：可以這麼説，這個地球是有引力，把那個探測器或者衛星往地面拽。但是呢，探測器它圍繞地球做圓周運動的時候，它會産生一個離心力，這個離心力和地球的引力正好是平衡的，離心力是遠離地球方向，而地球引力把它拽下來。

　　衛星在空中圍繞地球旋轉掉不下來，實際上就像這個旋轉的水流星一樣。離心力是物體在作圓周運動時，産生的一股沿半徑方向向外的力。由於地球本身具有很強的吸引力，人造衛星以每秒鐘7.92公里的速度圍繞地球旋轉時，所産生的離心力和地球的引力達到平衡，這樣衛星才既不會逃離地球也不會掉落下來。

　　自從第一顆人造地球衛星發射成功後，人們就把探索的目光投向了月球。月球是離地球最近的一個宇宙天體，千百年來人們仰望星空，對月球一直充滿著好奇。科學家們也希望通過研究月球來獲得宇宙形成的更多信息。可是月球和地球相距大約有38萬公里，這樣遠的距離人們怎麼樣才能飛到月球上呢？

　　主持人：人類航天先驅 齊奧爾科夫斯基先生曾經説過，地球雖然是我們人類最美好的家園和搖籃，但是我們不可能永遠地生活在搖籃之中，我們肯定是要向太空邁進的，而月球是我們人類邁向太空的最好的第一塊跳板。1957年的時候，前蘇聯向太空當中發射了人類歷史上的第一個人造衛星，而僅僅在兩年之後，也就是1959年的一月份的時候，蘇聯人就向月球發射了月球探測器，美國緊隨其後，接著是歐洲日本和我國，可以説，世界上但凡擁有航天技術的國家，都紛紛展開或者制定了自己探索月球的計劃。那麼大家也都知道，在早期，比如説是儒勒凡爾納時代，默片時代的時候，我們在那時的影視作品當中看到的去月球的方法是什麼呢。準備一個超口徑的大炮，把登月艙一炮就打到月球上去，直接穿越著三十八萬公里的路程。但是，熟悉天文愛好航天知識的朋友也都知道，現在，我們似乎沒有人是這麼去做。基本上都是採取繞行的方法，最終到達月球軌道，或者是在月面上實現登陸的目標。那麼，我們為什麼不直接讓火箭把我們的探測器打到近月的軌道，或者直接打到月亮上呢？為什麼一定要採取這種捨近求遠的方式呢？

　　在《星球大戰》等描繪未來世界的影片中，戰爭已經不再局限在地球上，而是已經擴展到了星際之間。來自不同星球的宇宙飛船，可以在真空狀態的宇宙中隨意駕駛、任意馳騁，其靈敏機動性遠遠勝過現在地球上任何一種型號的戰機。可實際上，這只不過是藝術家們的一種想象而已。在現實世界裏，飛船在宇宙中由於受到星球間引力的作用，根本不可能像電影中所描寫的那樣飛行。

　　朱毅麟：科幻電影，它把飛行器當飛機一樣的轉來轉去，實際上是不太可能的。航天器的運動，它是要受天體力學的規律，也就是説它受中心引力影響的。

　　科學家們發現，在宇宙中任何物體之間都存在引力。受到銀河中心的吸引，太陽系以每秒鐘200多公里的速度圍繞銀河系中心旋轉；地球以每秒鐘29.8公里的速度環繞著太陽；月球則是以每秒鍾大約一公里的速度圍繞在地球身邊。實際上，我們生存的這個宇宙空間，時刻都在高速運動著。

　　人造航天器進入太空之後，它的飛行速度非常快，可是，高速度也制約了航天器飛行的靈活機動性。

　　朱毅麟：簡單來説，就飛行器的速度是非常高，都是最起碼是每秒7.9公里，每秒8公里，這每秒8公里概念是什麼？我們平時走的高速公路上，每小時200公里，飛機是每小時幾千公里，2000、3000公里，這已經是很高了，但是這個航天器的速度每小時是上萬，幾萬公里的速度。所以一般只能按照它的軌道上慢慢慢慢變化。

　　主持人：毛主席詩詞當中有這麼一句話，坐地日行八萬里，巡天遙看一千河。説的是什麼呢？説的就是我們人坐在地球上，自己感覺不到自己在運動，但是，地球它是在飛速地自轉的，公轉的。在這種情況之下，不覺之間我們已經作了一大圈的免費旅行的快車了，對於這一點，其實很早以前人們還笑話過這個觀點，為什麼呢？因為當時有人提出來了，別開玩笑了，如果地球是運動的話我們人不就早被甩出去了嗎？可能那個時候，我們人的想法可能就真的都局限在這小小的地球之上了。直到有一天我們突破了一個速度，也就是最低每秒七點九公里這個速度之後，我們發現，天外的世界原來如此之廣闊，這個速度絕對不是汽車火車飛機輪船可以比擬的，它能夠讓我們在每小時裏跨越十幾甚至是幾十萬公里，即便是這樣的話，那麼應該説，我們到達月球三十八萬公里這個地方，還是需要相當長的時間的。

　　事實上，不論是宇宙飛船還是探測器，在宇宙空間，它們並不能像科幻電影中所表現的那樣可以自由翱翔，而只能在星球間引力的作用下，按照一定軌道飛行。月球探測器要從地球飛到月球，也有相應的飛行軌道。

　　朱毅麟：實際上奔月那個軌道，也是一個大橢圓軌道，就是説它的遠地點是38萬千米，近地點是600千米。

　　按照這樣的軌道設計，月球探測器應該是被火箭推送到距地面600千米高空以後，就可以直接進入遠地點是38萬千米的這個大橢圓軌道，飛向月球了。這樣既可以減少寶貴的飛行時間還可以節省一定的燃料，應該是最經濟的一種飛行軌道。可是縱觀幾十年來，所有月球探測器的飛行軌道，卻都是先圍繞地球飛行幾圈之後再進入遠地點是38萬千米的奔月軌道。其中的原因到底是為什麼呢？

　　在北京市航天中學的校園裏，科技館的輔導員老師準備通過一個測試來為同學們解答這個問題。老師先叫尚尉到操場跑道的一端，以最快的速度騎車回到終點。然後再比較悠閒地重新騎車回到終點。通過比較這兩次騎車對體能的消耗，尚尉已經有所感悟了。

　　從這兩次測試可以看出，在走完同樣距離的條件下，第二種方式顯然消耗的能量更少。而科學家在設計登月軌道的時候，首先也是本著節省月球探測衛星能量的原則而進行設計的。

　　嫦娥一號衛星總重2315千克，其中大約一半是衛星所攜帶的推進器的重量。執行這次飛行任務的長征三號甲火箭所有燃料加注完成後，總重大約是260多噸。即使只是第三級火箭送嫦娥一號衛星飛向月球，其重量也遠大於嫦娥一號衛星自身的重量。要飛完38萬公里，其所消耗的能量也會大得多。

　　朱毅麟：直到現在為止還沒有一個直接用火箭，你完全從地面加速，使它從0一直加速到10.9，和你分段加速比，還省點能量，總的來説省點能量。

　　除此之外，讓探測器先圍繞地球旋轉幾圈之後再飛向月球，還有另外一個原因。

　　朱毅麟：可能偏差比較大。如果你偏差比較大，你要把它修正過來，所消耗的推進器就比較多了。

　　由於月球是以大約每秒鐘一千米的速度運動。因此，要想從38萬千米以外瞄準月球，使探測器準確進入月球軌道，探測器飛行的軌道精度和控制難度將非常高。這就好像是用小紙團擊打不斷擺動小球一樣，由於紅色小球不斷擺動，從而使被擊中的可能性大為降低。要想打中一次還是比較困難。可是如果採用這樣的方式擊打紅球，黃球在通過不斷調整擺動頻率和幅度，兩球相遇的機會就大多了。

　　朱毅麟：所以讓它在地球附近轉，主要是在地球附近我多觀察一段時間，我測量它的軌道，把軌道測量得精確一點兒。

　　2007年10月24日西昌衛星發射中心，長征三甲火箭整裝待發。 18點05分，隨著一聲點火命令，攜帶著嫦娥一號衛星的長征三甲火箭騰空而起，像柄發光的利劍直刺天空。 18點29分，星箭成功分離。緊接著，太陽帆板成功展開，開始吸收太陽能為衛星供電，嫦娥一號衛星準確進入預定軌道。11月7日，經過十四天長途飛行，嫦娥一號衛星成功進入圓形工作軌道，通過在軌測試後，衛星開始進行各項科學探測活動。

　　中國運載火箭研究院 長征三號甲火箭副總設計師李京紅：我們過去中國不論是火箭呀，還是飛船，還是衛星，都在36000公里這個範圍內轉，從來沒出過這個圈，這次，我們第一次出了36000公里這個圈了，現在已經到了38萬公里了，這個對我們來講是第一步，對中華民族來講應該是邁出了第一步。

　　這次，嫦娥一號衛星將從月球極地方向環繞月球，進行為期一年的探月飛行，以完成獲取月球表面三維影像，分析月球表面有用元素含量和物質類型的分佈特點，探測月壤特性和地月空間環境等科學項目。為將來進一步研究月球、利用月球探索外層空間創造條件。

　　現場模擬發射：嫦娥一號衛星成功發射，激勵著尚尉和幾名航天愛好者，他們在航天科技館裏，要親自體驗火箭發射升空那一激動人心的時刻……

　　主持人：應該講作為一個航天大國，我們也可以簡單地把我們的航天史濃縮為里程碑式的幾個階段，第一個階段，1970年4月份的時候，我們成功地發射了中國人自己的第一顆人造衛星，那就是東方紅一號，讓這首樂曲響徹在浩渺的太空之中，第二個里程碑的階段，那就是2003年到2005年之間，神州五號和神州六號的成功發射，讓我們中國人實現了載人航天的夢想，那麼現在，我們可以光榮而又自豪地把此次嫦娥一號的成功發射看作是我們中國人在航天事業方面取得的第三個里程碑。不管怎樣，伴隨著人類越來越多地光臨月球，我們相信和平開發月球，永遠是航天在宇宙當中最主要的主題。希望月球能夠給人類的未來帶來無窮無盡的希望。好感謝大家收看今天的走近科學，下期節目我們再見。

責編：走近科學