（三） 重返月球

　　1. 重返月球進展概況

　　1986年，空間探測技術和月球科學研究達到了新的階段，對月球進行科學的、“理性”的探測時機已經成熟，美國航空航天局（NASA）開始構思重返月球的計劃。1989年7月20日美國總統布什宣佈：“在即將到來的10年裏，我們努力的目標是自由號太空船；然後，在新的世紀，我們要重返月球，重返未來，而且這一次要呆下去”。“要呆下去”開發利用月球礦産資源、能源和特殊環境，建設月球基地，為人類社會的可持續發展服務，已成為新世紀月球探測的總體目標。

　　1994年和1998年，美國成功發射了“克萊門汀”和“月球勘探者號”月球探測器，對月球形貌、資源、水冰等進行了探測，標誌著“又快、又好、又省”空間探測戰略的實施，奏響了人類重返月球、建立月球基地的序曲。

　　2004年1月14日，美國總統布什宣佈了美國新的太空計劃，其中提出2008年前開始發射無人探測器到月球，進行系統的月球探測；2020年前重新載人登月，在月球上長期居留；以月球為跳板，2030年把宇航員送上火星乃至更遙遠的宇宙空間。各國的評論一致認為，美國新太空計劃的目標是控制能源、軍事優先。歐空局根據美國新的重返月球計劃，迅速調整月球探測計劃，2020～2025年實施載人登月，在月球上長期居留，2035年把宇航員送上火星。

　　重返月球首先是在現有技術條件下，以月球資源、能源、特殊環境和利用月球走向深空探測為目標，重新對月球進行全球性、綜合性和整體性的探測，進而載人登月，逐步開展深空探測。美國、歐空局、俄羅斯、日本、烏克蘭、奧地利、英國、德國、巴西和印度等國家和組織都制定了相應的月球探測計劃，並在積極實施中。

　　2. 重返月球和建立月球基地的原動力

　　（1）重返月球是社會發展的需求。重返月球，建立永久基地，是人類開發太空資源，拓展生存空間至關重要的第一步。通過這一系統工程，人類可以學會如何“離開地球家園”，建立像南極類型的永久研究站，在地球以外空間生産産品和發展工業，建設能夠自給自足的地外家園。

　　（2）重返月球是科學和技術發展的需求。20世紀60~70年代的探月工程證實，空間探測是一個具有極高産出率的項目，它實現的真正價值往往遠遠高於工程本身。月球探測可以成為科學和技術的“孵化器”。

　　（3）重返月球是空間科學技術發展的需求。重返月球是空間探測發展的必然，月球將是人類長期進行深空探測的前哨站和轉運站，隨著技術的不斷成熟，可以在月球基地上建設空間加“油”站和發射場。月球是一個龐大的“太空實驗室”，可開展一系列天文學、空間科學、近代物理學、生物工程學等的研究，研製和生産一系列特殊生物製品和特殊材料。

　　（4）重返月球是空間軍事活動發展的需求。月球將被用作空間新概念武器平臺和對地球監視的基地，是實現制“天”權的重要步驟。

　　（5）月球蘊藏有豐富的礦産資源和能源，可為人類社會可持續發展提供資源儲備，這一因素是重返月球最主要的原動力。

　　二、新世紀初月球探測的趨勢與前景

　　未來的月球探測將主要側重於：①月球能源資源的全球分佈與利用；②月球礦産資源的全球分佈和利用；③月球特殊空間環境資源（超高真空、無大氣活動、無磁場、地質構造穩定、弱重力、超潔凈）的開發利用, 建立月基天文臺，建立特殊生物製品和特種新型材料生産基地，建立基礎科學實驗室等；④建立月球長期居留基地並利用月球進行深空探測的方案與逐步實施。

　　（一） 月球將為人類社會提供長期、穩定、廉價和潔凈的核聚變燃料

　　月球上可利用的能源主要有太陽能和核聚變燃料。由於月球表面沒有大氣，太陽輻射可以長驅直入；同時，月球上的白天和黑夜都相當於14.5個地球日，因此在月球表面建立全球性的並聯式太陽能發電廠，就可以獲得極其豐富而穩定的太陽能。這不但解決了月球基地的能源供應問題，還可以用微波將能量傳輸到地球，為地球提供新的能源。

　　月球表面都覆蓋著一層由岩石碎屑、粉末、角礫、撞擊熔融玻璃等成分極為複雜的物質組成的結構鬆散的混合物即月壤。月壤中絕大部分物質是就地及鄰近地區物質提供的。由於月球幾乎沒有大氣層，月球表面長期受到微隕石的衝擊及太陽風粒子的注入，特別是太陽風粒子的注入使月壤富含稀有氣體組分。由於太陽風離子注入物體暴露表面的深度一般小于0.2μm，因此這些稀有氣體在細粒月壤中平均含量最高，有些月壤細粒粉末中稀有氣體含量高達0.1～1cm3/g（標準狀態下）。在整個月球演化史中，由於外來物體對月球表面的頻繁撞擊，月壤物質幾乎完全混合，在深達數米的月壤中這些稀有氣體的含量較均勻。

　　在月壤的稀有氣體中，最讓我們感興趣的是氦-3。因為，相比目前正加速發展的利用氘和氚反應的熱核聚變裝置來説，用氦-3來進行核聚變反應具有比用氚作燃料有更多的優點，主要表現在：①反應産生的能量更大；②傳統的氚核反應過程中，伴隨核聚變能的産生，要産生大量的高能中子，而這些中子能夠對核反應裝置産生廣泛的放射性損傷；相反的，若用氦-3作為反應物，則主要産生高能質子而不是中子，對環境保護更為有利；③氚本身具有放射性對，而氦-3則沒有。

　　月壤中氦-3的資源量對未來人類開發利用月球能源具有極重要的意義。由於月壤中3He的含量較為穩定，只要能夠精確探測月壤的厚度，就可以估算出月壤中3He的資源量。以“阿波羅”和“月球”探測器的實測結果為參考標準計算，月壤中3He的資源總量可達100萬～500萬t。而地球上天然氣可提取的氦-3是非常少的，只有15～20t。

　　建設一個500MW的D-3He核聚變發電站，每年消耗的3He僅需50kg。如果美國全部採用D-3He核聚變發電, 年發電總量僅需消耗25t的3He，而中國大約需要8t的3He，全世界的年總發電量約需100t的3He，也就是説，月壤中的氦-3可供地球能源需求達萬年。因此，開發月壤中所蘊涵的豐富的氦-3對人類未來能源的可持續發展具有重要而深遠的意義。

　　據計算，3He 的能量回報率為270，原子能發電的能量回報率為20，煤為16。3He作為一種清潔、高效、安全的核聚變發電燃料是無容質疑的。當前，可控核聚變工業發電尚未實現，從月球上運回3He成本過高。由於目前技術條件和經濟發展等諸多條件的制約，利用月壤中氦-3來進行發電看起來是難以想像的，但隨著可控核聚變發電的商業化，航天科技的發展和進步，航天運輸成本將日益降低，當地—月之間的運輸成本將降低到我們可以接受的程度時，利用氦-3發電將成為理所當然和歷史潮流的必然。人類要開發月球，建立月球基地，必然要在月球上獲取生命維持系統的各種氣體O、CO2、N等，而氦可以作為副産品來進行開發，這樣會進一步降低成本。

　　（二） 月球的金屬礦産資源將是地球資源的重要儲備和支撐

　　1. 月海玄武岩中的鈦、鐵等資源

　　月面上有22個月海，除東海、莫斯科海和智海位於月球的背面外，其他19個月海都分佈在月球的正面。月海中的玄武岩含TiO2的含量範圍為0.5%~13%。月球上22個月海中所充填的玄武岩總體積約106萬km3。若以鈦鐵礦含量超過8wt%，即TiO2的含量>4.2wt%的月海玄武岩進行估算，月海玄武岩中鈦鐵礦（FeTiO3）的總資源量約為1300萬億~1900萬億t。儘管上述估算帶著很大的推測性與不確定性，但可以肯定的是月海玄武岩中所蘊涵的豐富的鈦鐵礦是未來月球開發利用的最重要的礦産資源之一。

　　2. 克裏普岩與稀土元素、釷、鈾等資源

　　克裏普岩（KREEP）是高地三大岩石類型之一，因富含K（鉀）、REE（稀土元素）和P（磷）而得名。克裏普岩在月球上分佈很廣泛。富釷、鈾的風暴洋區的克裏普岩被後期月海玄武岩所覆蓋，克裏普岩與月海玄武岩混合併形成了高釷、鈾物質，其厚度估計有10～20km。風暴洋區克裏普岩中的總稀土元素資源量約為225億～450億t。克裏普岩中所蘊涵的豐富的釷、鈾和稀土元素也是未來人類開發利用月球資源的重要礦産資源之一。

　　此外，月球還蘊藏有豐富的鉻、鎳、鉀、鈉、鎂、硅、銅等金屬礦産資源，將會為人類社會的可持續發展作出貢獻。

　　（三） 月球表面特殊空間環境的利用

　　月球幾乎沒有大氣層，屬於超高真空狀態，因而月球表面不會有大氣的吸收、反射與散射等干擾；由於沒有大氣的熱傳導，月球表面晝夜溫差極大；月球沒有全球性的磁場，月岩只有極微弱的剩磁；月球的內部能量已近於衰竭，內部的地溫梯度也很小，月震釋放的能量僅相當於地震的一億分之一，地質構造極其穩定；自距今31億年以來，月球沒有發生過顯著的火山活動和構造運動，因此，月球的“地質時鐘”停滯在31億年之前，至今仍保留了其早期形成時的歷史狀況，月球表面還具有高潔凈、弱重力的特徵。

　　上述所有這些特徵，是在地球上無法達到的。因此，在月球表面建立月基天文觀測站和研究基地，技術要求比哈勃太空望遠鏡更低，而精度比後者高得多，月基天文觀測站的運行和維護費也會低得多。月球上的天文觀測站是月球基地的重要組成部分，它不僅可以對太陽系、銀河系天體和星際空間進行觀測研究，而且是進行太陽物理學、天體物理學、重力波物理學、中微子物理學觀測和實驗最有吸引力的場所。在月面建立月基對地監測站，可以對地面的氣候變化、生態演化、環境污染和各種自然災害進行高精度的觀察和監視，為人類的可持續發展作出貢獻。

　　月球的特殊環境為研製特殊生物製品和特殊材料開拓了廣闊而誘人的前景，目前已提出龐大的需要在月球基地內研製的生物製品與特殊材料的清單。月球將成為新的生物製品和特殊材料的研製、開發和生産的基地。

　　月球是地球唯一的天然衛星，是人類唯一的、龐大而穩固的“天然空間站”，是人類征服太陽系、開展深空探測的前哨陣地和轉運站。在月球上建立永久性“地球村”，是人類向外層空間發展的第一個目標，也是最關鍵的一步，而重返月球計劃旨在建設一個具有生命保障系統的受控生態環境的月球基地，進行月面建築、運輸、採礦、材料加工和各項科學研究，為將來建設適於人類居住的月球村進行科研和技術準備，使月球最終成為一個龐大、穩固而功能齊全的“天然空間站”，成為人類共有的科學實驗室和開展深空探測的研究試驗基地、前哨陣地和物資轉運站。因此月表與月球的空間環境具有巨大的利用前景。

　　可以看出，月球的礦産資源、能源資源和特殊環境資源將對人類社會的可持續發展發揮長期穩定的支撐作用，地-月係不僅是一個統一的自然體系，而且在人類社會的可持續發展方面，也將構成一個統一的整體。

　　三、我國月球探測的發展戰略與科學目標

　　（一） 開展月球探測是我國航天活動發展的必然選擇

　　縱觀世界航天發展態勢，重返月球，開發月球資源，建立月球基地已成為世界航天活動的必然趨勢和熱點。我國在發展人造地球衛星和載人航天之後，與時俱進，適時開展以月球探測為主的深空探測，是我國科學技術發展和航天活動的必然選擇，也是我國航天事業持續發展，有所作為、有所創新的重大舉措。

　　（1）月球探測將成為我國空間科學和技術發展的第三個里程碑。發射人造地球衛星、載人航天和深空探測是航天活動的三部曲。我國在應用衛星方面已有30多年的成功經驗，成果令人矚目，隨著載人航天取得重大的突破，目前唯有深空探測尚未開展。縱觀世界航天活動的發展歷程，深空探測是航天活動的第三個重要領域，世界主要航天國家和組織都在實施或計劃開展以月球探測為主的深空探測，我國作為世界大國和主要航天國家開展月球探測是航天活動發展的必然選擇，理應在月球探測領域佔有一席之地，並有所作為。

　　（2）月球探測是一個國家綜合國力和科學技術水平的重要體現,開展月球探測工作有利於進一步牢固確立我國的大國地位，擴大我國在全球的政治影響。

　　（3）月球探測能極大地增強民族凝聚力。從歷史來看，我國航天發展史中兩個重要的里程碑——第一顆人造地球衛星和第一顆載人實驗飛船的成功發射，極大地鼓舞了全國各族人民和海內外華人，增強了中華民族的自豪感和凝聚力。開展月球探測必將實現中華民族的夢想，更大地增強民族凝聚力和自豪感，成為中華民族偉大復興的一個重要標誌性工程。

　　（4）月球探測可以成為我國新的科技生長點，有利於推動科教興國方針的貫徹實施，促進高新技術的全面發展，推動基礎科學的創新和發展。

　　（5）21世紀，人類將重返月球。深入研究發現,月球具有豐富的資源和可利用的巨大戰略價值，世界各國對月球資源的爭奪將越來越激烈。開展月球探測，將提高我國認識月球、開發利用月球資源的能力，對維護我國在月球上的權益具有重要的戰略意義。

　　當前，正值國際上重返月球計劃尚未全面開展之際，我們必須與時俱進，抓住機遇，儘快啟動我國月球探測工程。我國的月球探測雖然起步晚，但可以在較高的起點上迎頭趕上，確保我國在國際月球探測活動中佔有一席之地。

　　（二） 我國月球探測工程的發展規劃設想

　　我國開展月球探測工程應緊密結合我國國情和月球探測工程的特點；應服從和服務於科教興國戰略和可持續發展戰略，以滿足科學、技術、政治、經濟和社會發展的綜合需求為目的，把推進科學技術進步的需求放在首位，力求發揮更大的作用；要堅決貫徹“有所為有所不為”的方針，有限目標，突出重點，集中力量，在關鍵領域取得突破；我國月球探測工程雖然起步晚，要借鑒國外月球探測工程的經驗和教訓，優選探測目標，力求高起點進入國際主潮流，有一定的先進性和創新性，形成自己的特色，作出應有的貢獻；充分利用我國在開展人造衛星工程、載人航天工程和空間科學研究等方面創造的條件和取得的成果，加強系統設計創新和必要的技術攻關，在求實創新的基礎上，實施“又快、又好、又省”的發展策略，探索更加經濟、更加高效的月球探測工程發展道路；採取短期目標與長遠目標相結合，單一任務與綜合性計劃相結合，循序漸進與分階段發展相結合，各階段互相有機銜接的發展策略，以實現持續、協調的發展。

　　綜合分析國際上月球探測已取得的成果,以及世界各國“重返月球”的戰略目標和實施計劃，考慮到我國科學技術水平、綜合國力和國家整體發展戰略，近期我國的月球探測應以不載人月球探測為宗旨，可分為三個發展階段：

　　第一階段：環月探測。研製和發射我國第一個月球探測器——月球探測衛星，對月球進行全球性、整體性與綜合性探測。主要目標是：獲取月球高精度三維立體圖像；並對月球表面的環境、地貌、地形、地質構造與物理場進行探測。勘察月球13種有用元素的分佈特點與規律；勘測月壤的特徵與厚度並估算核聚變發電燃料氦-3的分佈與資源量；探測地-月空間環境。

　　第二階段：月面軟著陸器探測與月球車月面巡視勘察。發射月球軟著陸器，試驗月球軟著陸和月球車技術，就地勘測著陸區區域的地形地貌、地質構造、岩石成分與分佈，就位探測月壤層和月殼的厚度與結構，記錄小天體撞擊和月震，開展月基極紫外、低頻射電和光學天文觀測，併為月球基地的選擇提供基礎數據。

　　第三階段：月面自動採樣返回。發射小型採樣返回艙，進行就地勘測著陸區區域的地形地貌、地質構造、岩石成分與分佈，就位探測月壤層和月殼的厚度與結構，記錄小天體撞擊和月震，探測月球內部結構；採集關鍵性月球樣品返回地球，舉行系統深入研究。

　　我國在基本完成不載人月球探測任務後，根據當時國際上月球探測發展情況和我國的國情國力，可進一步研究擬定我國載人月球探測戰略目標和發展規劃，擇機實施載人登月探測以及與有關國家共建月球基地。

　　（三） 我國月球探測衛星——“ 嫦娥一號”的科學目標

　　我國的第一個月球探測衛星應在確保成功的基礎上，優選探測目標，確保重點，探測內容既與國際接軌，又要具有特色，不完全重復其他空間國家已做過的工作，為月球研究和“重返月球”提供前所未有的新資料，奠定我國月球探測和深空探測的地位和特色。

　　1. 獲取月球表面三維影像

　　獲取月球表面三維影像，精細劃分月球表面的基本構造和地貌單元；進行月球表面撞擊坑形態、大小、分佈、密度等的研究，為類地行星表面年齡的劃分和早期演化歷史研究提供基本數據；劃分月球斷裂和環形影像綱要圖，勾畫月球地質構造演化史；為月面軟著陸區選址和月球基地的位置優選提供基礎資料。

　　2. 分析月球表面有用元素含量和物質類型的分佈特點

　　勘探月球表面有開發利用價值的14種元素（鈦、鐵、釷、鈾、鉀、氧、硅、鎂、鋁、鈣、鈉、錳、鉻、稀土元素）的含量與分佈，其中有9種元素是我國首次進行探測, 獲取14種有用元素的分佈圖。根據元素分佈的特點和高光譜數據，確定克裏普岩、斜長岩和玄武岩的類型與分佈；發現各元素在月表的富集區，評估月球礦産資源（Fe、Ti等）的開發利用前景。

　　月球表面物質是研究月球形成和演化歷史最為直接的對象，因此，月球表面元素豐度、岩石類型及其全球分佈的探測和研究，是月球資源探測的主要途徑和最重要的主題。通過對月岩及其分佈的研究，為未來開發和利用月球的資源（如鐵、鈦和稀土元素）提供依據，為研究太陽系和地-月係的起源方式與演化過程提供直接和有效的科學證據。

　　3. 探測月壤特徵與厚度

　　利用微波輻射技術，獲取月球表面月壤的特徵和厚度數據，這也是國際上第一次進行全月球的月壤厚度測量。獲取月球表面月壤厚度的數據，從而得到月球表面年齡及其分佈，估算月球表面氦-3的分佈及資源量。

　　4. 探測地月空間環境

　　月球與地球的平均距離約為38萬km，處於地球磁場空間的遠磁尾，在向陽面可穿出地磁場磁層頂，感受行星際空間環境（如原始太陽風、太陽宇宙線及行星際磁場）。探測太陽宇宙線高能帶電粒子和太陽風等離子體，研究太陽風和月球以及磁尾和月球的相互作用，對深入認識這些空間物理現象對地球空間以及對月球空間的影響有深遠的科學及工程意義。通過月球衛星軌道參數的高精度測量和科學分析，研究月球質量分佈的不均一性。

　　通過嫦娥一期工程實現的工程目標有：

　　（1）突破月球探測的關鍵技術。主要包括研究地—月飛行技術，驗證航天器飛出地球並進入其他天體引力場的軌道設計與GNC系統技術；實施遠距離測控和通信，為深空測控與通信打下技術基礎；研究月球飛行的熱環境條件，驗證航天器的熱設計，探索深空探測器的熱控解決途徑等：

　　（2）初步建立我國的月球探測工程大系統。包括運載火箭、衛星、發射場、地面測控系統和地面應用系統，根據月球探測的特點進行相應的整合與適應性修改，初步建立適應未來發展的工程大系統；

　　（3）驗證各項關鍵技術，獲取月球探測的寶貴工程實踐經驗，為未來探測積累技術基礎；

　　（4）初步建立我國月球探測技術研製體系，培養相應的人才隊伍，推動月球探測活動的進一步開展。

　　（四） 我國完全具備開展月球探測的能力

　　我國已經建立起了完整配套的航天工程體系，這些基礎設施和研製條件為我國開展月球探測工程奠定了必要的物質基礎。經過多年可行性論證，我國月球探測的總體戰略和科學目標已經明確。東方紅-3號（DFH-3）可以作為月球探測衛星平臺，各分系統也基本採用其他衛星的成熟技術。長征-3甲（CZ-3A）運載火箭可以滿足發射月球探測衛星的要求。我國現有的S頻段航天測控網，在甚長基線干涉（VLBI）天文測量網的配合下，可以完成首期月球探測的測控任務。我國具備了月球探測數據的接收、處理和解譯能力。

　　總之，我國開展的月球探測工程，科學目標明確、先進，有創新性，投資有限，是一項影響深遠的國家戰略工程。三年內完成首次月球探測，還需要攻克一系列技術難關，任務非常艱巨，必須確保成功。我們將竭盡全力，發揚兩彈一星和載人航天精神，實現中華民族的歷史夙願。