飞向月球----第三集

　　主持人：大家好，欢迎收看我们今天的节目。可能很多人都知道，我们总是喜欢在夜晚的时候，抬头仰望夜空，去寻找什么呢，闪烁的星星，明亮的月空，还是那挂在天空当中的银河呢。有人这么给我们解释。为什么从古至今总是有一股强大的推动力，去促使我们进行这方面的探索呢。无论我们采取什么样的手段，那恐怕就是因为，我们天生有一种孤独感，我们总觉得自己在这个地球上也好，在宇宙当中也好，总是有一种孤零零的感觉。促使我们总是要把自己好奇的目光，伸向缥缈的太空之中。说实话，探测过远的星球它的理论知识就够我们普通人学一辈子了，所以可能对我们很多天文爱好者来说，限于我们手头的技术条件所限，可能有不少朋友只是有一些相对较为科普的级的、恐怕是相对较为专业级的一些天文观测设备，但是对于我们研究月球来说，这却是一个非常方便的途径。因此说，自从嫦娥一号顺利地升空以来，恐怕又有不少人加入到天文爱好者的行列当中，而很多天文爱好者又多了一次大饱眼福的机会，那么今天呢，咱们还是接着说一说，人类的探月之旅。

　　自古以来，人们就对能在空中自由飞翔的鸟儿充满着羡慕之情。除了在一些神话故事中创作出了会飞行的人物以外，风筝满足了人们想要飞翔的一部分梦想，放风筝人的心似乎可以随着风筝一起飞上蓝天。但是，真正要亲自尝试飞行的恐怕要算是400多年前，一个勇敢的明朝人。他坐在一把椅子上，叫家里的仆人同时点燃捆绑在椅子后边的47枚火箭，想借火箭的推力飞向空中。可遗憾的是，他最终并没有能够飞起来。人们怎么样才能实现飞天的梦想呢？

　　我们知道，当人抛出一件物体时，速度和物体被抛出的距离有很大关系。抛出物体时用的力量越大，速度越快，物体被抛出的就会越远。

　　中国运载火箭研究院 长征三号甲火箭副总设计师 李京红：这取决于我们的初始速度，我们扔的速度越快，角度越高，那么它最终落的距离就越远。

　　于是有人大胆地推测，如果一个人的力量大到足以把这件物体扔出地球半径以外时，就会出现一个奇妙的现象。这件物体会环绕着地球飞行而不会掉落在地面上。这应该是一个多大的速度呢？ 科学家们经过反复计算之后终于得出了这个速度。

　　中国空间技术研究院 研究员朱毅麟：达到每秒7.92千米这样大的速度，它就可以围绕地球飞行，如果整个地球完全是平的，那么它扔到最后，它会掉下来，即使你飞得再远，也会掉下来。因为你地球是圆的，掉下来一点它就跑远，最后就围绕地球转。

　　现代火箭的发明终于达到了每秒7.92千米的飞行速度。1957年10月4日，前苏联向太空发射了世界上第一颗人造地球卫星，火箭强大的推力将卫星送上了环绕地球飞行的轨道。卫星以每秒8公里的速度，在距离地面最远大约900公里的轨道上飞行。这是人类第一次利用这个飞行速度把自己制造的物体送上了太空。1970年4月24日，我国发射了第一颗人造地球卫星东方红一号，太空中传来了人们熟悉的东方红乐曲。从那一刻开始到现在，我国已先后发射了通信、气象、返回式遥感和科学实验等15种类型的人造地球卫星，为人类社会的发展做出了贡献。

　　李京红：我们发射地球的卫星，主要有这么两种轨道，一种呢，就是低轨道，所谓低轨道，就是在距地球表面200公里的远轨道。这个离地球比较近，再一个地球同步轨道，地球同步轨道呢，36000公里左右这么一个轨道，这是一个大圆轨道。

　　火箭将人造卫星送入预定轨道之后，星箭分离，卫星不再需要火箭的推力，就可以在轨道上运行。此时卫星在毫无动力的情况下，就可以悬浮在空中而不会掉落下来，其原因就在于，卫星在进入轨道之前，火箭已经把卫星的速度提高到了每秒7.92千米以上。

　　朱毅麟：可以这么说，这个地球是有引力，把那个探测器或者卫星往地面拽。但是呢，探测器它围绕地球做圆周运动的时候，它会产生一个离心力，这个离心力和地球的引力正好是平衡的，离心力是远离地球方向，而地球引力把它拽下来。

　　卫星在空中围绕地球旋转掉不下来，实际上就像这个旋转的水流星一样。离心力是物体在作圆周运动时，产生的一股沿半径方向向外的力。由于地球本身具有很强的吸引力，人造卫星以每秒钟7.92公里的速度围绕地球旋转时，所产生的离心力和地球的引力达到平衡，这样卫星才既不会逃离地球也不会掉落下来。

　　自从第一颗人造地球卫星发射成功后，人们就把探索的目光投向了月球。月球是离地球最近的一个宇宙天体，千百年来人们仰望星空，对月球一直充满着好奇。科学家们也希望通过研究月球来获得宇宙形成的更多信息。可是月球和地球相距大约有38万公里，这样远的距离人们怎么样才能飞到月球上呢？

　　主持人：人类航天先驱 齐奥尔科夫斯基先生曾经说过，地球虽然是我们人类最美好的家园和摇篮，但是我们不可能永远地生活在摇篮之中，我们肯定是要向太空迈进的，而月球是我们人类迈向太空的最好的第一块跳板。1957年的时候，前苏联向太空当中发射了人类历史上的第一个人造卫星，而仅仅在两年之后，也就是1959年的一月份的时候，苏联人就向月球发射了月球探测器，美国紧随其后，接着是欧洲日本和我国，可以说，世界上但凡拥有航天技术的国家，都纷纷展开或者制定了自己探索月球的计划。那么大家也都知道，在早期，比如说是儒勒凡尔纳时代，默片时代的时候，我们在那时的影视作品当中看到的去月球的方法是什么呢。准备一个超口径的大炮，把登月舱一炮就打到月球上去，直接穿越着三十八万公里的路程。但是，熟悉天文爱好航天知识的朋友也都知道，现在，我们似乎没有人是这么去做。基本上都是采取绕行的方法，最终到达月球轨道，或者是在月面上实现登陆的目标。那么，我们为什么不直接让火箭把我们的探测器打到近月的轨道，或者直接打到月亮上呢？为什么一定要采取这种舍近求远的方式呢？

　　在《星球大战》等描绘未来世界的影片中，战争已经不再局限在地球上，而是已经扩展到了星际之间。来自不同星球的宇宙飞船，可以在真空状态的宇宙中随意驾驶、任意驰骋，其灵敏机动性远远胜过现在地球上任何一种型号的战机。可实际上，这只不过是艺术家们的一种想象而已。在现实世界里，飞船在宇宙中由于受到星球间引力的作用，根本不可能像电影中所描写的那样飞行。

　　朱毅麟：科幻电影，它把飞行器当飞机一样的转来转去，实际上是不太可能的。航天器的运动，它是要受天体力学的规律，也就是说它受中心引力影响的。

　　科学家们发现，在宇宙中任何物体之间都存在引力。受到银河中心的吸引，太阳系以每秒钟200多公里的速度围绕银河系中心旋转；地球以每秒钟29.8公里的速度环绕着太阳；月球则是以每秒钟大约一公里的速度围绕在地球身边。实际上，我们生存的这个宇宙空间，时刻都在高速运动着。

　　人造航天器进入太空之后，它的飞行速度非常快，可是，高速度也制约了航天器飞行的灵活机动性。

　　朱毅麟：简单来说，就飞行器的速度是非常高，都是最起码是每秒7.9公里，每秒8公里，这每秒8公里概念是什么？我们平时走的高速公路上，每小时200公里，飞机是每小时几千公里，2000、3000公里，这已经是很高了，但是这个航天器的速度每小时是上万，几万公里的速度。所以一般只能按照它的轨道上慢慢慢慢变化。

　　主持人：毛主席诗词当中有这么一句话，坐地日行八万里，巡天遥看一千河。说的是什么呢？说的就是我们人坐在地球上，自己感觉不到自己在运动，但是，地球它是在飞速地自转的，公转的。在这种情况之下，不觉之间我们已经作了一大圈的免费旅行的快车了，对于这一点，其实很早以前人们还笑话过这个观点，为什么呢？因为当时有人提出来了，别开玩笑了，如果地球是运动的话我们人不就早被甩出去了吗？可能那个时候，我们人的想法可能就真的都局限在这小小的地球之上了。直到有一天我们突破了一个速度，也就是最低每秒七点九公里这个速度之后，我们发现，天外的世界原来如此之广阔，这个速度绝对不是汽车火车飞机轮船可以比拟的，它能够让我们在每小时里跨越十几甚至是几十万公里，即便是这样的话，那么应该说，我们到达月球三十八万公里这个地方，还是需要相当长的时间的。

　　事实上，不论是宇宙飞船还是探测器，在宇宙空间，它们并不能像科幻电影中所表现的那样可以自由翱翔，而只能在星球间引力的作用下，按照一定轨道飞行。月球探测器要从地球飞到月球，也有相应的飞行轨道。

　　朱毅麟：实际上奔月那个轨道，也是一个大椭圆轨道，就是说它的远地点是38万千米，近地点是600千米。

　　按照这样的轨道设计，月球探测器应该是被火箭推送到距地面600千米高空以后，就可以直接进入远地点是38万千米的这个大椭圆轨道，飞向月球了。这样既可以减少宝贵的飞行时间还可以节省一定的燃料，应该是最经济的一种飞行轨道。可是纵观几十年来，所有月球探测器的飞行轨道，却都是先围绕地球飞行几圈之后再进入远地点是38万千米的奔月轨道。其中的原因到底是为什么呢？

　　在北京市航天中学的校园里，科技馆的辅导员老师准备通过一个测试来为同学们解答这个问题。老师先叫尚尉到操场跑道的一端，以最快的速度骑车回到终点。然后再比较悠闲地重新骑车回到终点。通过比较这两次骑车对体能的消耗，尚尉已经有所感悟了。

　　从这两次测试可以看出，在走完同样距离的条件下，第二种方式显然消耗的能量更少。而科学家在设计登月轨道的时候，首先也是本着节省月球探测卫星能量的原则而进行设计的。

　　嫦娥一号卫星总重2315千克，其中大约一半是卫星所携带的推进器的重量。执行这次飞行任务的长征三号甲火箭所有燃料加注完成后，总重大约是260多吨。即使只是第三级火箭送嫦娥一号卫星飞向月球，其重量也远大于嫦娥一号卫星自身的重量。要飞完38万公里，其所消耗的能量也会大得多。

　　朱毅麟：直到现在为止还没有一个直接用火箭，你完全从地面加速，使它从0一直加速到10.9，和你分段加速比，还省点能量，总的来说省点能量。

　　除此之外，让探测器先围绕地球旋转几圈之后再飞向月球，还有另外一个原因。

　　朱毅麟：可能偏差比较大。如果你偏差比较大，你要把它修正过来，所消耗的推进器就比较多了。

　　由于月球是以大约每秒钟一千米的速度运动。因此，要想从38万千米以外瞄准月球，使探测器准确进入月球轨道，探测器飞行的轨道精度和控制难度将非常高。这就好像是用小纸团击打不断摆动小球一样，由于红色小球不断摆动，从而使被击中的可能性大为降低。要想打中一次还是比较困难。可是如果采用这样的方式击打红球，黄球在通过不断调整摆动频率和幅度，两球相遇的机会就大多了。

　　朱毅麟：所以让它在地球附近转，主要是在地球附近我多观察一段时间，我测量它的轨道，把轨道测量得精确一点儿。

　　2007年10月24日西昌卫星发射中心，长征三甲火箭整装待发。 18点05分，随着一声点火命令，携带着嫦娥一号卫星的长征三甲火箭腾空而起，像柄发光的利剑直刺天空。 18点29分，星箭成功分离。紧接着，太阳帆板成功展开，开始吸收太阳能为卫星供电，嫦娥一号卫星准确进入预定轨道。11月7日，经过十四天长途飞行，嫦娥一号卫星成功进入圆形工作轨道，通过在轨测试后，卫星开始进行各项科学探测活动。

　　中国运载火箭研究院 长征三号甲火箭副总设计师李京红：我们过去中国不论是火箭呀，还是飞船，还是卫星，都在36000公里这个范围内转，从来没出过这个圈，这次，我们第一次出了36000公里这个圈了，现在已经到了38万公里了，这个对我们来讲是第一步，对中华民族来讲应该是迈出了第一步。

　　这次，嫦娥一号卫星将从月球极地方向环绕月球，进行为期一年的探月飞行，以完成获取月球表面三维影像，分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点，探测月壤特性和地月空间环境等科学项目。为将来进一步研究月球、利用月球探索外层空间创造条件。

　　现场模拟发射：嫦娥一号卫星成功发射，激励着尚尉和几名航天爱好者，他们在航天科技馆里，要亲自体验火箭发射升空那一激动人心的时刻……

　　主持人：应该讲作为一个航天大国，我们也可以简单地把我们的航天史浓缩为里程碑式的几个阶段，第一个阶段，1970年4月份的时候，我们成功地发射了中国人自己的第一颗人造卫星，那就是东方红一号，让这首乐曲响彻在浩渺的太空之中，第二个里程碑的阶段，那就是2003年到2005年之间，神州五号和神州六号的成功发射，让我们中国人实现了载人航天的梦想，那么现在，我们可以光荣而又自豪地把此次嫦娥一号的成功发射看作是我们中国人在航天事业方面取得的第三个里程碑。不管怎样，伴随着人类越来越多地光临月球，我们相信和平开发月球，永远是航天在宇宙当中最主要的主题。希望月球能够给人类的未来带来无穷无尽的希望。好感谢大家收看今天的走近科学，下期节目我们再见。

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