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欧阳自远:迎接第一个100年,中国的深空探测

2020-01-10 16:08:37 通讯员:宣传部通讯员 来源:宣传部 点击: 字号:TT

  

  欧阳自远:天体化学与地球化学家,中国月球探测工程首席科学家,被誉为“嫦娥之父”,中国科学院院士,第三世界科学院(TWAS)院士,国际宇航科学院(IAA)院士,中国科学院地球化学研究所研究员,国家天文台高级顾问。

  中国月球探测的起步和进展
  1957年10月4号,苏联发射了人类第一颗人造地球卫星,宣布了人类空间时代的到来,拉开了人类空间时代的帷幕。1958年两个超级大国前苏联和美国为了空间霸权的竞争和冷战的需要,开始探测月球,1960年他们开始探测火星。1961年苏联的飞行员尤里·加加林上天,人类第一个宇航员进入太空。1969年,美国的阿波罗计划实现了人类第一次着陆在月球。人类进入了太空,拓展事业、发展科技,这是人类发展的必然。
  从1958年开始,我们就系统分析研究美苏探测月球的计划、方案、目标、实施步骤和探测成果,紧密结合我国实际思考我国空间探索之路,把研究陨石作为空间探索的起点,并逐步把研究拓展至宇宙尘埃、月球岩石等领域。1992年,中国载人航天工程正式立项,我国有能力开展月球探测了,我们请求国家组织专家评审论证,并进行了中国开展月球探测的必要性与可行性研究、中国月球探测发展战略与长远规划研究、中国首次月球探测科学目标研究等。从1994年至2003年,经过多次论证,月球探测的项目得到专家一致同意和支持。2004年,中国正式开展月球探测工程,并命名为“嫦娥工程”。
  “嫦娥工程”分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段。“无人月球探测”阶段分为绕、落、回三步。第一步,发射卫星绕着月球飞,在工作轨道里绕行,开展全球性、综合性月球探测,这是嫦娥一号、嫦娥二号的任务;第二步,探测器着陆在月球的某一个位置,进行着陆器就位探测、月球车巡视探测及其联合探测,这是嫦娥三号、嫦娥四号的任务;第三步,探测器要落到月球上,铲取和钻孔采集月球样品并把样品安全地带回地球,这是嫦娥五号、嫦娥六号的任务。完成了三个步骤后,可以实现到达月球,安全着落,并安全返回地球,这样,才能够实施载人登月。载人登月以后,就可以逐步地建设月球基地,开发利用月球,为人类社会的可持续发展服务。
第二次人类探测月球的高潮
  这一时期,我国发射了嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号,2018年又发射了嫦娥四号,我国是在第二次人类探测月球的高潮中发射探测器最多且领先的国家。2007年10月24日,嫦娥一号成功发射升空,我国第一次做出了世界上最好的月球地形图和立体图,并把月球表面岩石和土壤的主要成分进行了探测,还探测了月球土壤的分布和土壤里氦-3资源。最终,嫦娥一号在圆满完成各项使命后,于2009年按预定计划受控撞月,嫦娥一号为我国飞向太阳系的星辰大海,开启深空探测建立了伟大的历史功勋。
  2010年10月1日,嫦娥二号顺利发射,它刷新了离月球表面的飞行距离,月球表面任何一个小坑都可以看得很清晰,完成了一系列工程与科学目标,获得了分辨率优于7米的月球表面三维影像、月球物质成分分布图等资料,得到了全世界分辨率最高的地形图。2011年4月,嫦娥二号拓展试验展开,我们让它飞离地球150万千米,完成进入日-地拉格朗日L2点环绕轨道的位置,打开仪器监视太阳活动,它一直辛勤工作了235天,积累了大量的资料,它的工作勤勤恳恳,一秒钟都没有停息过。相继,嫦娥二号飞离地球702万千米,与图塔蒂斯小行星相距860米交会探测,首次获得小行星形状、大小、表面特征、运行参数等科学数据。目前嫦娥二号已经完成了使命,飞向以太阳为中心的遥远空间,距离地球大概有5亿千米远,已经成为太阳系的人造小天体,围绕太阳做椭圆轨道运行。
  2013年12月,嫦娥三号发射,它是我国第一个月球软着陆的无人登月探测器,由着陆器和“玉兔号月球车”组成,它要完成“巡天、观地、测月”的科学探测和其它预定任务。嫦娥三号安全着陆后,着陆器上的两根轨道搭在月面上,搭好后我们立即给月球车解锁,解锁以后它就沿着轨道走向月球表面。月球车沿着轨道走下着陆器,6个轮子在月球的表面印出了清晰的印记。然后,月球车转过身来,着陆器与月球车相互拍照,留下具有历史意义的照片,此照片后来成为中国邮政已制作发行的嫦娥三号纪念邮票。
  2015年10月5号,获得国际天文学联合会批复,嫦娥三号着陆区被命名为“广寒宫”,周围还有几个大撞击坑,分别命名为紫微、天市和太微,这三个地方紧紧地围绕着美丽的“广寒宫”。从此以后,任何国家出版的月球地图,一定要在这个地方标注“广寒宫”。自此,我国在月球上建立了一个真正的广寒宫。
  嫦娥三号的任务完成得比较圆满。2018年的新目标是必须首次实现人类在月球的背面着陆。嫦娥三号已经在月球正面着陆了,因此嫦娥四号要落在月球的背面去。
  2018年的任务就是发射一个着陆器和一个月球车实现人类首次着陆在月球的背面。但是地球上看不见月球的背面,也不能通讯,所以要到月球背面去有一个先决条件——必须发射一艘飞船,把地球和月球的背面连接起来,成为一个完全畅通的链路,这样我们在地球才能指挥它,才能看见探测器在背面如何着陆、落在何处以及着陆后做了什么工作。完成工作后得到的数据要通过“中继星”传送回地球,这就是嫦娥四号的构架。
  2018年5月21日,我国正式发射了“鹊桥”号中继星。12月8日,发射了嫦娥四号并到达了月球。由于月球背面有诸多高山峻岭,地势崎岖不平,嫦娥四号是比较垂直的着陆。嫦娥四号落在背面,依靠的是着陆器的高度人工智能的决策和“鹊桥”号中继星的精确与及时的监测。
  2019年2月,嫦娥四号着陆点命名为天河基地;着陆点周围呈三角形排列的三个撞击坑,分别命名为织女、河鼓(俗称牛郎)和天津;着陆点所在冯·卡门坑内的中央峰命名为泰山。这些命名是依据我国探月工程嫦娥二号和嫦娥四号高分辨月面影像数据来申报并获批的,是我国月球探测工程科学数据成果在月球地理实体命名上的又一次重要应用。
  中国计划2020年开展火星探测
  火星是八大星系里最像地球的。世界上已经发射了45个探测器去火星,但他们大部分失败或半路夭折,成功率只有40%。为什么这么难?大家都知道地球绕着太阳转,转一圈是一年365天,火星在地球的外围也绕着太阳转,转一圈是687天。因为各转各的,火星转一圈要花快两年的时间,每个月转的位置不一样,所以去火星就有严格的窗口期,26个月一次,两年零两个月才可以去一次火星,一旦错过这个时间,只能等待下一个两年零两个月。那么到火星去到底干什么呢?科学家有一个最大的疑惑,为什么太阳系只有地球有生命,而且出现了人类,建立了高度文明的社会,而别的星球连细菌都没有。大家猜测最多的是火星应该有生命,所以找到火星的生命信息,是人类所梦寐以求的。
  人类探测火星第一步是探测有没有生命。上世纪60年代,美国和苏联开始探测火星,最后表明在火星上没有发现任何生命活动的迹象。他们相继进行了火星上水的探测和大气层中甲烷的探测,以期发现生命活动,结果也是无果而终。中国科学家和日本、德国、瑞士的科学家合作,在北京中国科学院地质与地球物理研究所的实验室对一块来自火星陨石中微米级大小的碳颗粒进行了碳同位素组成精细分析研究,结果证明,火星陨石里的碳是来自生命物质的碳,表明火星曾经孕育过生命或曾经存在过生命活动,这一点轰动了全世界。
  我国计划2020年实施火星探测,发射卫星绕火星飞行进行全球性遥感探测,火星车软着陆火星表面进行巡视探测,实施“绕、落、巡”天上与地面联合探测。在第一个100年到来之前,我们一定能够获得新的成果。
  中国要飞得更远
  我们制定了一个规划,就是在第一个100年之后的10年,要探测太阳系火星与木星之间小行星带的各类小行星、彗星并取样返回。特别是近地小行星,目前已知近地小行星大约有2万多个,直径大于1千米的至少有800个,它们轨道各异,撞击地球的概率比较大,如何防御和规避近地小行星撞击地球是科学家的责任。当前人类已经获得很多来自火星的陨石,但是无法知道它们在火星的具体位置,我们计划实施火星取样返回,取回火星岩石样品,加深对火星起源与演化的科学研究。
  我们计划还要飞得更远,飞到木星进行科学探测,古代称木星为太岁星,它有79个月亮。在木星的晚上,月亮看起来是成群的,一堆一堆的太漂亮了。我们除了探测木星,还选择了两个卫星,一个是木卫四(木星第二大卫星),它上面可能有生命。还有一个是木卫二(木星的第四大卫星),它离太阳很远,温度-220℃,几乎无阳光照射,它表面是冰,冰上有很多裂缝,里面经常有水柱冒出来,这说明冰层底下是海洋,海洋底部有火山爆发。生命的诞生,第一要有液态水,第二要有能量,第三要有构成生命的主要元素,它都具备,所以科学家猜测在木卫二的海底会有生命存在。
  我们计划进行星际穿越探测,飞向遥远的柯依伯带。探测太阳系空间,探测太阳系的星辰大海,不断拓展人类的视野。

演讲时间:2019年11月20日

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