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嫦娥:中国探月计划

作者:资本桥来源:资本桥

2004年,中国正式开展月球探测计划,并将其命名为“嫦娥工程”。嫦娥是中国神话中的月亮女神,有许多关于她的传说,也是中国人思想和身份中不可或缺的一部分。中国人传统上习惯使用农历,今天的许多节日仍然与农历挂钩。


在2004年嫦娥工程立项时,中国已经在太空探索方面拥有了丰富的经验。1950年代,中国开始研发弹道导弹项目以及火箭计划,在苏联提供的帮助下,项目的研发得到了推动,但也受到了部分阻碍。一方面,由于当时动荡的政治局势,技术研发受到政治局势演变的影响;另一方面,苏联的技术方案对盟国和对手都是保密的。当时中国导弹研制工程的知识领袖是从美国归来的钱学森,他是加州理工学院卡尔曼小组的成员。钱学森是“两弹一星”工程的元勋,其中“两弹”最初代表的是原子弹和弹道导弹,后来前一“弹”也代表着氢弹,而“一星”则是人造卫星。到1970年,整个研制工程已经完成:1964年,第一颗核弹试验成功;1966年,第一颗装有核弹头的地对地导弹飞行爆炸成功;1967年,第一颗氢弹试验成功; 1970年,第一颗人造卫星“东方红一号”发射成功。


毛泽东去世后,迎来的是一个漫长的转变过程,随着1988年中国航空航天工业部的成立和1992年921中国载人航天工程正式启动,有组织、有系统、有计划的太空探索开始了。载人航天工程的目标是将人送入太空,进行太空行走,实现载人飞船与空间飞行器交会对接,建立空间实验室,以及最终建立永久性空间站。1999年,第一艘无人飞船“神舟一号”发射;2003年,经过三次无人飞行后,第一艘载人飞船“神舟五号”发射成功,航天员杨利伟搭乘飞船进入太空。接下来的五次航天进行了出舱活动,之后“天宫一号”成功发射并与神舟飞船交会对接,建立第一个空间实验室,宇航员在空间站工作。


天宫一号主要用于进行太空交会对接实验和空中停留测试,而2016年发射的天宫二号主要作为一个技术更为先进的空间实验室投入使用。2017年,天宫一号与天宫二号成功与第一艘货运飞船天舟一号连接。


2021年,空间站“天和”核心舱发射成功,随着天舟二号、三号、四号和五号,神舟十一号、十二号、十三号和十四号以及另外两个模块的发射,中国空间站基本建成。


神舟十四号乘组航天员首次在空间站进行在轨轮换。神舟十四号飞船共由14个分系统构成,这些系统也将为其他计划提供基础,包括探月计划。


探月工程的关键技术领域是通信系统,包括卫星遥测、跟踪和控制(TT&C)、数据接收、太空及月球环境适应问题、地月与飞船轨道设计(三体问题)以及卫星姿态控制的三矢量控制问题以及灵活探测和着陆系统的研发。探月工程的核心要素是发射系统、运输系统和返回系统。


中国探月计划的重要第一步是在2007年,长征三号甲运载火箭成功发射嫦娥一号卫星,这是一颗绕月人造卫星,它获取了高分辨率的月球表面三维立体影像,并分析了月球表面存在的某些化学元素和物质类型的含量和分布。2010年,长征三号丙运载火箭发射嫦娥二号卫星,在月球上完成类似任务,只是它到达那里的速度更快,而且获取了更详细的月球地图。之后发射了嫦娥三号和嫦娥四号探测器,并成功在月球表面着陆。嫦娥三号携带了一个重达140公斤的巡视器,名为“玉兔”,它能够在三个月内覆盖3平方公里的区域,除了观察月球表面之外,还能够从不同角度观察银河系。2018年,嫦娥四号探测器和玉兔二号月球车在月球背面的南极艾特肯盆地着陆,这一计划比原先晚了三年。月球南极是科学界特别感兴趣的区域,因为这里这片区域火山口丰富,而且特点是火山口边缘一直有阳光,但内部几乎一直处于阴影地带。


月球南极是发现二氧化碳“冷阱”的地方,现在已经证明那里存在冰冻的水。嫦娥五号探测器首次实现从月球上采集物质样本任务。(在此之前,早在2014年,嫦娥五号T1试验器就为嫦娥五号进行了试验任务,主要测试返回大气层的情况。)


中国探月工程在这之后,迎来了一个全新的研究阶段,目前在月球上部署科研站的开发工作已经开始。根据计划,将由嫦娥六号、嫦娥七号和嫦娥八号开展科研站建设过程。嫦娥六号拟于2024年发射,主要为任务是探测未来科研站的具体位置,同样也会开展样本采取及送回任务。嫦娥七号计划在2026年前后发射,将开展月球南极环境与资源勘查,为月球科研站建设奠定基础。嫦娥七号将搭载一个围绕月球轨道飞行的轨道器、一个确保与地球进行持续数据通信的中继卫星,以及预计将搭载一辆阿拉伯联合酋长国建造的月球车(“拉希德二号”),此系阿联酋探月计划的一部分。


最后,嫦娥八号计划在2028年前后发射,其任务为在月球建立永久基地并为建设基地所需的条件进行资源勘探开采。根据2021年发布的公告,中国将与俄罗斯共同建设和运营该月球基地。有媒体报道称,中国专家正在研究将人送上月球,并有望在2030年实现这一可能性。(与这一计划相对比的是美国的阿尔忒弥斯计划,该计划的直接目标是将一位女性和一位有色人种航天员送上月球)。


但就目前而言,公众最大的关注焦点是2020年12月嫦娥五号返回地球时携带的样本结果。从月球上采集的样本测试结果不断传来,经过对火山岩的分析发现,这些岩石形成于大约20亿年前。根据早期在阿波罗计划带回的月球采集样本显示,月球上的火山活动在30亿年前就结束了。这个假设现在受到了图像分析的挑战,事实上目前已经得到证实,这个日期距离今天更近了十亿年。


另外一条研究路线是从月球土壤中提取氧气,不知道是否与嫦娥五号或是更早的任务有关。月壤之中的钛铁矿通过微型反应堆被加热到2500摄氏度时,氧离子就能从月壤中电离出来。100公斤的月壤大约可以提取30公斤的氧气,但产生这种氧气所需的温度非常高,就目前而言,这是一个重大的安全风险。此外,伴随提取出的还有高纯度的硅、铁和钛。但这一方法还在进一步测试中,并且仪器也在进行改进,科学界在研究在月球上建造一个太阳能电池板,通过机器人进行样品收集和过滤来完成反应器。


根据遥感成像分析结果确定,在月球上发现了水的痕迹,这一证据最早在10年前,由印度月船1号(Chandraayan-1)证实。随后的研究也发现了这一结果,阿波罗探月计划所采集的样本中也发现了极少量的物质。嫦娥五号使用的矿物光谱仪的数据显示,探测器着陆点区域每吨土壤中大约有120克水。根据假设,“太阳风”将氢气吹向月球,它与地表矿物质中的氧气发生反应,形成水和羟基 (OH) 分子。


对于月球上水的来源,中国的研究小组得出了另一个不同的分析结论。刘建军研究小组通过观察月壤样品的其他部分,发现每吨月壤只有大约18克水。研究认为,月球的水来源有三种可能性,一是太阳风产生的羟基和水分子,二是自月球地幔,通过火山喷发带到月球表面矿物中;三是彗星与月球的碰撞,可能会带来水。


与提取氧气一样,在月球上寻找水的可能性也超出了对月球及其历史的探索。2022年9月,在嫦娥五号采集的样品中发现了一种全新的、以前未知的矿物。该矿物是嫦娥石(Changeite-(Y)),这是月球上发现的第六种新矿物,它含有同位素氦-3。但让研究人员兴奋的是评估它作为未来聚变能源的潜力——它可以释放大量能量,而不会使周围的物质具有放射性。


嫦娥五号的任务旅程以及其带回地球的月球土壤和岩石样本,引发了大量的深入研究,其中也有许多的国际合作。但就一般而言,月球探索往往面临政治上的困境。在2011年,在中美两国间还未爆发所谓的“竞争”之前,美国国会通过的《沃尔夫条款》中指出,未经联邦调查局和美国国会的明确授权,禁止美国国家航空航天局使用政府资金,与中国政府和中国附属组织,开展直接的双边合作活动。因此,美国国家航空航天局与其中国国家航天局之间的合作相当少,美国的阿尔忒弥斯计划和嫦娥计划基本上是相互孤立的。


2020年10月13日,八个国家的航天机构签署了阿尔特弥斯协议,阿尔特弥斯也是美国太空探月计划的名字(阿尔特弥斯是希腊神话中勒托和宙斯的女儿,她是阿波罗的孪生姐姐),该协定建立了一个太空联盟,尽管原则上对中国的航天机构同样开放,可以成为摆脱《沃尔夫条款》的一个出路,但实际几乎不可能实现。无论如何,可以肯定的是,即使两国太空计划处于完全独立情况下,也有一些领域需要开展合作,例如监测和减少太空垃圾,或关于南极区域的协议,这些是两国计划的共同目标领域。           


此外,中国的关注也延伸到了地球轨道。天宫空间站的总设计师杨宏在一场大会上说,天宫站将在中国空间太阳能电站项目中发挥重要作用。该站将为高压电气设备提供测试平台,并帮助组装超大型结构。太空太阳能发电站项目研究人员在6月发表的一份报告中提到,太空太阳能发电站将建造成约一公里宽的结构,可以将具有100亿瓦能量的微波从36000公里远的距离传输回地球。


太空太阳能发电站有一个很大的优势,与地球上的太阳能电池板不同,它能够一天24小时收集太阳能,地球的大气层也会吸收并反射微波,从而能够借助太阳能不间断地产生电力。中国计划在未来几年内启动太阳能发电站实验,将能量从太空传回地球。


从2018年起,有关匈牙利太空事务的项目已作为国家任务分配给匈牙利外交和对外贸易部负责,根据匈牙利政府部门职权相关的2018年第94号政府法令(V.22.),由外交和对外贸易部长负责太空研究。此外,在外交和对外贸易部内设立了一个部长级专员职位以执行这些国家任务,包括监管太空活动、编制国际条约以及制定太空战略。而据多家媒体报道,匈牙利正在与美国Axiom Space公司合作,作为推选匈牙利宇航员入轨(HUNOR)的计划,匈牙利将选拔出8名宇航员候选人,计划在2024年底或2025年初将其中一名航天员送往国际太空站进行为期30天的研究任务,届时将测试12台匈牙利设备,并为匈牙利研究团队进行的8项实验。


中国和匈牙利之间的合作可以通过两国的太空项目进一步深化,两国不仅可以在地球上进行合作,也可以衍生至地球之外。


文章分类: 中匈关系
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