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人类探测月球史话

(2008年06月29日 21:28:56)
来源:太空探索

□作者: 尹怀勤

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  月球是地球的天然卫星,是离人类最近的一个天体。人类进入航天时代以后,月球就成了航天探测的重点对象和航天员拜访的第一个地外星球。
  
  地月系中的月球
  
  在太阳系9大行星中,除离太阳最近的水星和金星外都有天然卫星。具体分布是地球1颗,火星2颗,木星17星,土星23颗,天王星15颗,海王星8颗,冥王星1颗。据最新消息,近期科学家又发现了木星和土星的多颗卫星,这样,木星的卫星已达28颗,土星卫星达30颗。
  利用激光测距的方法,精确测出了月球和地球的平均距离为38.44万千米,该距离约为地球赤道周长的10倍。由月球的视角直径和月地距离,可计算出月球的平均半径是1738千米,约为地球半径的3/11,其体积仅为地球的1/49。根据月球体积的质量可计算出其平均密度为3.34克/厘米3,只相当于地球密度的3/5。
  地球与月球的质量比为81.3∶1。由于两者质量相差不太悬殊,两者距离也不算远,故在天体力学中把它们当做一个系统来看待,称为地月系。地月系的质心在地球本体之内,距地球质心4700千米,而地球平均半径是6371千米。直观地看,月球在绕地球公转,其实是月球和地球都在绕地月系的质心转,周期是27日7时43分11.545秒,称为恒星月。月球运动的平均速度为每秒1.02千米,正好月球自转也是这一周期,方向又一致,都是自西向东移动,因此月球始终以同一面向着地球,另一面永远背着地球。
  值得注意的是,月球直径与月地距离之比0.0090和太阳直径与日地距离之比0.0093,两个数值几乎相等。正因如此,故而人们在地球上看太阳和月亮,两者圆面轮廓大小是一样的。
  本身不发光的月球,其表面重力加速度比地球小得多,仅为1.622米/秒2,这也就是说,月球表面引力只是地球的1/6。它的逃逸速度仅为2.38千米/秒,在阳光照射加热下,月球上的气体很容易超过这一速度而逃掉。同样原因,月球上也不可能有水这种易于挥发的液体。月球上昼夜温差很大,白天可高达127℃,夜间又降至零下183℃。
  
  苏联的探月活动
  
  苏联从1959年到1976年共向月球发射了30个航天器,其中月球号24个,有17个完成了探测任务;探测器号6个,有5个完成了探测任务。
  月球号探测器的任务是,以逼近飞行、绕月飞行、硬着陆、软着陆、取回样品等不同方式,通过拍照、自动测量、采样分析、月球车实地考察对月球和近月空间进行探测。
  月球1~3号于1959年发射。1号从距离月球6000千米处飞过后,成为太阳系中第一个人造行星。2号实现了月面硬着陆,是第一个到达月面的航天器。3号绕过月球后飞向太空,它首次拍摄了月球背面三分之二的区域的照片。它们都把探测数据和月面照片发回地球。
  月球4~14号在1963~1968年间发射。它们都先进入地球卫星轨道,然后再飞向月球。经轨道修正、机动飞行和制动后,有的在月面软着陆,如9号和13号先后软着陆成功,并分别发回月面照片和全景电视摄像,而4~8号软着陆失败;有的成为人造月球卫星进行绕月飞行,如10号成为第一个人造月球卫星,11号、12号和14号也成为月球卫星,都对月球进行了探测和拍摄。
  月球15~24号在1969~1976年间发射。它们绝大多数都是月球自动科学站。15号和18号软着陆失败。16号由着陆舱和回收舱组成,在航天史上第一次实现了无人探测器自动挖取月球岩月样品并自动送回地球的目标。它软着陆成功后,挖掘月岩100克,并成功返回地球。17号和21号各自携带1辆月球车着陆在月面上,由地球站遥控操纵在月面上自动考察。19号和22号成为月球卫星。23号软着陆成功,但机械破损,钻孔取样未完成。24号在月面着陆后,挖掘机从2米深处钻孔取样170克并带回地球。20号亦曾取样50克返回地球。这样3次成功取样,共计带回月岩样品320克。由于它们来自另一个星球,因此显得特别宝贵。
  探测器号系列航天器从3号开始到8号结束,它们都是在1965~1970年间发射的。除4号绕月飞行失败、3号从距月球约10000千米处掠过拍摄了月球背面另外三分之一区域照片后向太空飞去外,5~8号均成功地绕月飞行,完成探测任务后,先后返回地球。
  
  美国的探月活动
  
  美国于1958年就开始试射月球探测器,但由于火箭推力不够而未获成功。后来美国修订计划,才实施了徘徊者、勘探者、轨道环行器3个系列的探测器的发射。它们不仅为研究月球提供 了大量资料,而且为实施阿波罗工程奠定了基础。
  徘徊者号探测器从1961~1965年间共发射了9个,各重300~370千克。探测的任务是在月面硬着陆前逼近月球飞行时拍摄照片、测量月球附近的辐射和星际等离子体等。它们是第一次采用模块结构技术的航天探测器。探测器带有电视摄像机、发送和传输装置、γ射线分光计等设备。1~6号都因故障而失败。7~9号各装有6台摄像机,其中2台带有广角镜头。7号传回4316幅电视图像,8号传回7500幅电视图像,9号传回5814幅电视图像。
  勘探者号探测器从1966~1968年间共发射了7个。其主要任务是进行月面软着陆试验,为阿波罗号系列飞船载人登月选择地点。其中除2号和4号毁于月面外,其余都在月面软着陆成功。探测器各重1~1.5吨,在月面着陆质量为280千克。它们主要携有电视摄像机、测定月面承载能力的仪器、土壤分析设备、微流星探测器等。这些航天器除发回数万幅电视图像外,还对月面上土壤进行了分析。7号还用摄像机拍摄了发自4个地球站的激光信号,使测出的月地距离精确到±15厘米。
  轨道环行器从1966~1967年间共发射了5个,每个重380~390千克。它们是研究月球环境和表面结构的人造月球卫星。其主要任务是在绕月轨道飞行时拍摄月球正面和背面的详细地形照片,绘制0.5米口径的火山口或其它细微部分的月面图,为载人登月提供资料。前3个都在围绕月球赤道的低纬轨道上飞行,后2个都在围绕月球极轨道上运行,在完成任务后都坠毁在月面上。5个探测器共拍摄了月面99%区域的高分辨率的照片。美国科学家利用这些照片选择了8个平坦的月面区作为阿波罗号系列的着陆点。
  不言面喻,登月活动是空前复杂艰巨的探险活动。为了保证航天员的安全,美国在正式登月之前先发射了10艘阿波罗号飞船进行试验。其中1~6号是不载人飞行,主要检验飞船和火箭的性能;7~10号是载人飞行,主要是进行模拟和积累经验。7号飞船绕地飞行了163圈,8号飞船载着3名航天员进行了1次绕月飞行,9号飞船在近地轨道上检验了登月舱与指令-服务舱分离与对接的技术,10号飞船模拟了除登上月球之外的整个飞行过程。
  首次载人登月飞行是由阿波罗11号飞船完成的。1969年7月16日土星火箭第三级点火时将飞船送入185千米高的近地轨道运行。飞船绕地飞行1.5圈后第三级火箭第二次点火加速,使飞船达到每秒10.8千米的速度,从而进入地-月过渡轨道,船箭分离。在奔月途中,登月舱与母船分离,掉过头来,然后对接到母船前面,以便为服务舱的主发动机喷管让出喷气通道。飞船沿扁椭圆形的过渡轨道飞行2.5天后开始接近月球,由服务舱的主发动机减速,进入环月轨道。接着航天员阿姆斯特朗和奥尔德林进入登月舱,驾驶登月舱与母船分离,下降至月面实现软着陆。航天员柯林斯仍留在指挥舱内,继续沿环月轨道飞行。两名登月航天员在月面上展开太阳电池阵,安设月震仪和激光反射器,采集月岩和土壤样品28千克,然后驾驶登月舱的上升级返回环月轨道,与母船会合对接,随即抛弃登月舱,启动服务舱主发动机,进入月-地过渡轨道。在接近地球时,飞船进入再入走廊,抛掉服务舱,使指挥舱的圆拱形底朝前,在空气阻力作用下减速。进入低空时指挥舱弹出3个降落伞,进一步降低下坠速度。指挥舱于7月24日溅落在太平洋夏威夷西南海面,距离救护船仅13海里。这一次登月成功意义重大。正如第一个踏上月球的阿姆斯特朗说的:“对一个人来说,这是一小步,而对人类来说,这是巨大的进步!”
  从1969年11月到1972年12月,美国又相继发射了阿波罗12、13、14、15、16、17号飞船,其中除13号飞船因服务舱液氧箱爆炸中止飞行,3名航天员驾驶飞船安全返回地面外,其它飞船均完成了登月任务。12号飞船的登月航天员回到母船后,还从环月轨道上将登月舱上升级射向月球,让这个重2.4吨的物体以每秒1.68千米的速度撞击月面,引起月震达55分钟。14号飞船的两名登月航天员在完成考察任务后,还在月球上打起了高尔夫球。15和16号飞船在环月轨道上还各自发射出1颗环绕月球运行的科学卫星。15、16、17号飞船的航天员都需驾驶月球车在月面活动和采集岩石。16号飞船的登月航天员还从长年见不到太阳的地方采集了月球的岩土样品。17号飞船的登月航天员之一施米特是首次参加登月活动的地质科学家。按原计划,美国要进行10次登月飞行,后因耗资过大取消了3次,因而17号飞船返回地面后就宣告了载人登月活动的结束。
  人类在月球上所进行的科学考察活动和带回的岩土样品,把对月球的认识大大向前推进了一步。★
  



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