飛向月球----第四集

　　主持人：觀眾朋友大家好，歡迎收看今天的走近科學。大家看我身邊屏幕裏的照片，這就是嫦娥一號探月衛星傳回來的數據處理得到的圖像。這張圖片標誌著中華民族千年的探月夢想實現了，嫦娥一號的成功必將載入人類發展的史冊。接下來就讓我們把目光投入到嫦娥一號這段不平凡的探月之旅。

　　西昌衛星發射中心歷來是一個神秘的地方。自從中國開展航天計劃以來，這裡的每一個舉動都會引起全球的關注。2007年10月24日，這裡再一次吸引了全球的目光。擔負將嫦娥一號衛星送上太空的，是被譽為“金牌火箭”的長征三號甲運載火箭。在人類探月史上，美國和蘇聯在20世紀的探月活動，因運載火箭故障造成的探測失利佔了很大比重。因此，運載火箭的高可靠性，是確保探月成功的必要前提。這次發射是長征三號甲運載火箭的第15次發射，迄今這一型號火箭的發射成功率為100％。此前，長征三號甲運載火箭與應用廣泛的東方紅3號衛星平臺曾多次連接試驗，每次都取得圓滿成功，用這樣一個“大力士”來托舉在東方紅三號衛星平臺上研製而成的嫦娥一號衛星，再合適不過了。

　　同期：前不久集團公司就為這個火箭頒發了金牌火箭的榮譽稱號，這個在我們國家的運載火箭，實際上只有兩種火箭獲得過這種榮譽稱號，一個是長二丙，它是比較老的火箭，在我們之前就獲得了金牌火箭，然後長三甲這次獲得了金牌火箭，15次發射圓滿成功，應該説這個火箭的發射成功率還是相當高的。

　　由於有了之前多次的衛星的成功經驗，嫦娥一號和長征三號甲火箭的吊裝、測試和對接工作進行得十分順利。

　　2007年10月24日18時05分，中國第一顆探月衛星嫦娥一號在西昌衛星發射中心成功發射升空。海拔1500米的西昌，有著月亮城之稱。這裡緯度低、海拔高、氣候宜人、交通便利，是發射各類衛星的理想場所。

　　長征三號甲運載火箭搭載著嫦娥一號衛星，通過第一、二級和第三級的第一次點火，先將衛星送入近地軌道，並在近地軌道滑行飛行一段時間。在火箭起飛的第1249秒，三級火箭第二次點火；第1373秒，三級火箭二次點火發動機關機。第1473秒，星箭分離成功，嫦娥一號衛星進入近地點約200千米、遠地點約51000千米、運行時間為16小時的大橢圓軌道，成為一顆繞地球飛行的衛星。很快，嫦娥一號將開始它150萬公里的奔月之旅。

　　早在1969年，美國宇航員奧姆斯特朗在飛向月球的途中為人們講述了這樣一個故事。

　　嫦娥奔月是發生在大約3000年前的一個傳説，而在600年前，中國有個叫萬戶的人曾經嘗試把奔月變成現實。萬戶把自己捆綁在一把椅子上，同時綁上了幾十個火箭，自己則手持風箏，希望能夠一飛沖天。萬戶叫人點燃了火箭，隨著火箭爆炸的一聲巨響，萬戶消失了。為了紀念這位人類飛天的先驅，月球上的一座環形山就是以萬戶來命名的。

　　帶著中國人幾千年來的奔月夢想，嫦娥一號開始了它的探月之旅。嫦娥一號衛星在近地點200公里，遠地點5萬公里的橢圓形軌道上運行16小時，飛行了一圈後，10月25日下午，地面注入指令，衛星上的推力為50牛頓的姿態調整發動機開始點火，約4分鐘後，推力為490牛頓的主發動機點火實施變軌，將衛星軌道近地點抬高到離地球約600千米的地方。

　　朱毅麟：這200公里高度上他的大氣分子還相當濃，特別你的速度非常大，因為我們知道飛行器的速度在200公里左右，嫦娥1號的速度，已經是每秒10.3千米了，這個速度很大的話他的阻力就很大。因此就是第一次變軌的意思，就是要把近地點的高度提高一點，提高到600公里，這樣我這個在減少損失，如果速度損失的話，就是消耗我的燃料，我損失不怕，你損失我加點速度就行了，但是加點速度，我就消耗燃料，消耗燃料的後果，就是將來我在月球軌道上的時候，我的燃料就少了。

　　10月26日下午，當衛星再次到達近地點時，衛星主發動機再次打開，巨大的推力使衛星的遠地點由51000千米上升到71000千米，進入24小時軌道。此時，嫦娥一號已經成為了一顆地球同步衛星。

　　朱毅麟：這24小時的軌道有什麼好處呢，就是每24小時，我嫦娥1號回到近地點，他還是在原來的的地區的上空，而且時間也是當天的同一個時間，也就是説，他當天下午，5點到5點半左右，他變軌，進入了24小時軌道，那麼第二天下午的5點半左右，他又回到了近地點，而且也就在近地點還是保持在原來的地方的上空，要是在南太平洋上空，還是在南太平洋上空。那麼這樣就可以保證我每次在地面站，地面中心，給嫦娥1號髮指令，我都在同一個地點給他髮指令，這樣對於我測量軌道，計算軌道，都會比較準確。

　　在24小時軌道上運行3圈後，衛星上的主發動機第三次點火，實施第二次近地點變軌，嫦娥一號衛星的遠地點由71000千米提高到了120000千米，進入48小時軌道。這一時刻大約發生在10月29日。

　　朱毅麟：就是他的軌道週期是48小時，48小時的目的是他24小時的倍數，也是留了一手，萬一不行的話，我48小時還可以做一次，如果不是48小時，是別的時間，那就亂了，也可能他回到近地點，近地點跑到別的地方去了。我原來放在那的跟蹤船或者是測量船，我就夠不著了。是這個意思，所以48小時也有考慮了，

　　主持人：剛剛我們看到，嫦娥一號已經通過三次變軌進入了48小時的飛行軌道，細心的觀眾會發現，這幾次變軌都是通過衛星上的發動機來加速的，有的觀眾可能就要問了，既然衛星自己能夠有加速的能力，那為什麼不一次變軌到達地月的軌道呢？從理論上講，一次變軌其實是可以實現的，但是，那樣更加耗費原料，而且也不利於控制。為了充分利用燃料，同時也為了方便地面控制，科學家把變軌逐步分解，這樣在嫦娥一號圍繞地球繞行的時候，可以及時發現問題，及時處理。

　　在3條大橢圓軌道上經過7天熱身後，嫦娥一號衛星將正式奔月。10月31日，當衛星再一次抵達近地點時，主發動機打開，衛星的速度在短短幾分鐘之內提高到每秒10．9千米以上，嫦娥一號獲得了奔向月球的動力，進入地月轉移軌道，真正開始了從地球向月球的飛越，這是整個探月工程中最關鍵的一步，也是最難以把握的一步。

　　龐之浩：它的危險性就在於他的暫短性和唯一性，錯過了窗口，就不可能進入到地月轉移軌道了，因為地球在轉，月球也在轉，所以就相當於高速路的出口，你過了這個出口，那就得等很長時間，才能迎來一個比較好的位置，才能進入到地月轉移軌道。

　　在地月轉移軌道，也就是從地球軌道到月球軌道的這段距離，嫦娥一號衛星需要飛行約114個小時。

　　主持人：人類探月活動的歷史上，曾多次發生探測器未能實現月球的捕獲而丟失在星際間的事故，這大多是由於飛行過程中衛星姿態和速度控制不精確造成的。如果衛星在地月轉移軌道近地點有每秒1米的速度誤差或1千米的高度誤差，飛到月球附近時都將産生幾千千米的位置誤差。

　　在高速飛行的過程中，衛星必須在地面的指令下進行中途軌道修正。一般需要進行多次修正，而嫦娥一號只修正了一次，時間是11月2日。

　　朱毅麟：進入了奔月軌道之後，誤差很小，基本上跟我們原則設計的這條巡航軌道是沒有任何偏差，原來預計的要進行兩到三次的中途修正，在軌道飛行的114小時，4天多的時間裏面，還要修正兩到三次，實際上只修正的一次，因為他非常準確，不需要修正，因此在114小時以後他就飛到月球附近了。

　　嫦娥一號能如此準確的進入地月軌道，離不精準的測控技術的支持。在陸地上，我國分別在青島、北京、昆明、喀什設立了測控站。由於嫦娥一號飛行的距離是過去衛星的十倍以上，衛星的發出的信號會有空間衰減、使得地面接收月球探測數據的技術難度大大增加。

　　朱毅麟：距離大了10倍以後，這個信號傳輸的損失就大了一百倍。因此如果原來是一瓦的發射機在地球軌道上我能夠接收到它的信號，那麼到了40萬公里的地方，那發回來的信號比原來就弱了100倍。那麼我就想辦法把這個信號能夠把它撿出來，把它放大出來。

　　為此，地面應用系統專門建造了兩座被稱為射電望遠鏡的大口徑天線：一座在北京密雲，天線口徑達50米；一座在雲南昆明，口徑達40米。兩座大口徑天線像一雙巨大的眼睛，時刻注視著嫦娥一號衛星的一舉一動，把衛星傳輸來的信息全部收集起來。同時，在太平洋上還有三艘測量船，這些測控站組成了一個龐大的測控網。

　　龐之浩：它們同時觀測衛星，然後把數據交到數據處理中心，進行處理，這樣就相當於能夠合成一個直徑很大的一個望遠鏡，我們就叫甚長干涉測量的方式，它的基線有3200千米，所以分辨率非常高，所以這次都起了很大的作用。

　　11月5日，當嫦娥一號衛星飛行了30萬千米後，嫦娥一號發現了月球。衛星需要進行減速制動，也就是“剎車”。只有這樣，嫦娥一號才能被月球引力捕獲，成為繞月飛行的衛星。　這是實現繞月飛行的一個重要步驟，“剎車”晚了，衛星就要撞到月球上去；而“剎車”早了，則會飄向太空。

　　朱毅麟：為了使嫦娥1號，它能夠給月球的引力能夠吸引住，使它的速度減少下來，減少下來，但是速度不能減少得太多，如果減少的速度，小于每秒1.7公里，那麼它就會月球全部的吸引住，就撞到月球上去。現在要使嫦娥1號成為月球的衛星，成為環繞月球，又不掉到月球表面，那必須使它的速度，要大於1.7公里，同時小于每秒2.4公里。

　　嫦娥一號衛星成功的進行了第一次近月制動，從地月轉移軌道進入12小時月球軌道。從這一刻起，嫦娥一號衛星成為真正的繞月衛星。

　　11月6日，嫦娥一號衛星進行第二次近月制動，速度進一步降低，衛星進入3．5小時軌道，並在這個軌道上運行7圈。

　　11月7日，嫦娥一號衛星進行第三次近月制動，進入2小時的月球極月軌道。這個軌道為圓形，離月球表面200千米。這是衛星繞月飛行的工作軌道。至此，嫦娥一號的工程目標已經基本實現。

　　朱毅麟：這剎車也是分三次來剎車，並不是一次來剎車，因為多次剎車的好處，就在於我可以微調，就是剎車一次看看，準不準，不準我下次再修正一些。如果説超過了，那我下次減少了一點，如果一次剎車剎的不好，那就可能偏離很大。這就是説，我們做工作就是要過細的做工作，就分階段的剎車，比一次性做工作，要精細一點。

　　龐之浩：通過多次變軌就像體操運動員一樣，表演了眼花繚亂的動作，而且都準確無誤，精確度非常高。

　　接下來，嫦娥一號開始準備工作了。首先，它要調整好姿態，它的探測器探頭在環繞月球過程中，要始終對準月球。為了把探測結果發回到地球，衛星的通訊天線始終要保持對地球定向。而衛星上的太陽能電池要始終對著太陽。嫦娥1號在圍繞月球轉動的過程中，要一直保持這三個定向，被稱為三體定向。

　　朱毅麟：你要保持三體定向，這個無論是硬體，軟體，在實現上都是有很大的難度，就像我們一個人，既要保持姿勢做得很端正，又要把手舉得高高的，又要把腳抬起來，又要把人的臉對著某個方向定向，而自己又在繞某個東西在轉圈子，這人來説，既要控制這三個方面，都是很不容易，何況一個沒有生命的東西。

　　嫦娥一號有四大科學目標，第一個就是對月球表面進行三維的地圖測量。從已經發佈的圖片來看，這是人類第一次對月球進行三維的測量。之後，嫦娥一號還要對月球上14種有用元素進行探測。 探測月壤特性，利用微波輻射計探測月壤厚度及其分佈，分析月壤成熟度與表面年齡的關係。最後一項是探測地月空間環境。研究太陽風和月球的相互作用，深入認識空間物理現象對地球空間以及對月球空間的影響。

　　主持人：嫦娥1號的首次探月取得圓滿成功，也就標誌著我們國家的航天事業已經實現了第三個里程碑，我們知道航天技術有三個大領域，第一個領域就是人造衛星，第二個領域，載人航天，第三個領域就是深空探測，那麼我們國家在1970年4月24號，發射成功第一顆人造衛星東方紅1號以來，已經實現了第一個里程碑，第二個里程碑，就是2003年，中國用自己研製的火箭和飛船，把我國第一個航天員楊利偉送上天，並且安全返回，也就實現了在航天事業上的第二個里程碑，那這次嫦娥1號，繞月的完全成功，就説明我們國家在升空探測方面，實現了第一個里程碑。好，感謝收看今天的走近科學欄目，明天見。

責編：走近科學