飞向月球----第四集

　　主持人：观众朋友大家好，欢迎收看今天的走近科学。大家看我身边屏幕里的照片，这就是嫦娥一号探月卫星传回来的数据处理得到的图像。这张图片标志着中华民族千年的探月梦想实现了，嫦娥一号的成功必将载入人类发展的史册。接下来就让我们把目光投入到嫦娥一号这段不平凡的探月之旅。

　　西昌卫星发射中心历来是一个神秘的地方。自从中国开展航天计划以来，这里的每一个举动都会引起全球的关注。2007年10月24日，这里再一次吸引了全球的目光。担负将嫦娥一号卫星送上太空的，是被誉为“金牌火箭”的长征三号甲运载火箭。在人类探月史上，美国和苏联在20世纪的探月活动，因运载火箭故障造成的探测失利占了很大比重。因此，运载火箭的高可靠性，是确保探月成功的必要前提。这次发射是长征三号甲运载火箭的第15次发射，迄今这一型号火箭的发射成功率为100％。此前，长征三号甲运载火箭与应用广泛的东方红3号卫星平台曾多次连接试验，每次都取得圆满成功，用这样一个“大力士”来托举在东方红三号卫星平台上研制而成的嫦娥一号卫星，再合适不过了。

　　同期：前不久集团公司就为这个火箭颁发了金牌火箭的荣誉称号，这个在我们国家的运载火箭，实际上只有两种火箭获得过这种荣誉称号，一个是长二丙，它是比较老的火箭，在我们之前就获得了金牌火箭，然后长三甲这次获得了金牌火箭，15次发射圆满成功，应该说这个火箭的发射成功率还是相当高的。

　　由于有了之前多次的卫星的成功经验，嫦娥一号和长征三号甲火箭的吊装、测试和对接工作进行得十分顺利。

　　2007年10月24日18时05分，中国第一颗探月卫星嫦娥一号在西昌卫星发射中心成功发射升空。海拔1500米的西昌，有着月亮城之称。这里纬度低、海拔高、气候宜人、交通便利，是发射各类卫星的理想场所。

　　长征三号甲运载火箭搭载着嫦娥一号卫星，通过第一、二级和第三级的第一次点火，先将卫星送入近地轨道，并在近地轨道滑行飞行一段时间。在火箭起飞的第1249秒，三级火箭第二次点火；第1373秒，三级火箭二次点火发动机关机。第1473秒，星箭分离成功，嫦娥一号卫星进入近地点约200千米、远地点约51000千米、运行时间为16小时的大椭圆轨道，成为一颗绕地球飞行的卫星。很快，嫦娥一号将开始它150万公里的奔月之旅。

　　早在1969年，美国宇航员奥姆斯特朗在飞向月球的途中为人们讲述了这样一个故事。

　　嫦娥奔月是发生在大约3000年前的一个传说，而在600年前，中国有个叫万户的人曾经尝试把奔月变成现实。万户把自己捆绑在一把椅子上，同时绑上了几十个火箭，自己则手持风筝，希望能够一飞冲天。万户叫人点燃了火箭，随着火箭爆炸的一声巨响，万户消失了。为了纪念这位人类飞天的先驱，月球上的一座环形山就是以万户来命名的。

　　带着中国人几千年来的奔月梦想，嫦娥一号开始了它的探月之旅。嫦娥一号卫星在近地点200公里，远地点5万公里的椭圆形轨道上运行16小时，飞行了一圈后，10月25日下午，地面注入指令，卫星上的推力为50牛顿的姿态调整发动机开始点火，约4分钟后，推力为490牛顿的主发动机点火实施变轨，将卫星轨道近地点抬高到离地球约600千米的地方。

　　朱毅麟：这200公里高度上他的大气分子还相当浓，特别你的速度非常大，因为我们知道飞行器的速度在200公里左右，嫦娥1号的速度，已经是每秒10.3千米了，这个速度很大的话他的阻力就很大。因此就是第一次变轨的意思，就是要把近地点的高度提高一点，提高到600公里，这样我这个在减少损失，如果速度损失的话，就是消耗我的燃料，我损失不怕，你损失我加点速度就行了，但是加点速度，我就消耗燃料，消耗燃料的后果，就是将来我在月球轨道上的时候，我的燃料就少了。

　　10月26日下午，当卫星再次到达近地点时，卫星主发动机再次打开，巨大的推力使卫星的远地点由51000千米上升到71000千米，进入24小时轨道。此时，嫦娥一号已经成为了一颗地球同步卫星。

　　朱毅麟：这24小时的轨道有什么好处呢，就是每24小时，我嫦娥1号回到近地点，他还是在原来的的地区的上空，而且时间也是当天的同一个时间，也就是说，他当天下午，5点到5点半左右，他变轨，进入了24小时轨道，那么第二天下午的5点半左右，他又回到了近地点，而且也就在近地点还是保持在原来的地方的上空，要是在南太平洋上空，还是在南太平洋上空。那么这样就可以保证我每次在地面站，地面中心，给嫦娥1号发指令，我都在同一个地点给他发指令，这样对于我测量轨道，计算轨道，都会比较准确。

　　在24小时轨道上运行3圈后，卫星上的主发动机第三次点火，实施第二次近地点变轨，嫦娥一号卫星的远地点由71000千米提高到了120000千米，进入48小时轨道。这一时刻大约发生在10月29日。

　　朱毅麟：就是他的轨道周期是48小时，48小时的目的是他24小时的倍数，也是留了一手，万一不行的话，我48小时还可以做一次，如果不是48小时，是别的时间，那就乱了，也可能他回到近地点，近地点跑到别的地方去了。我原来放在那的跟踪船或者是测量船，我就够不着了。是这个意思，所以48小时也有考虑了，

　　主持人：刚刚我们看到，嫦娥一号已经通过三次变轨进入了48小时的飞行轨道，细心的观众会发现，这几次变轨都是通过卫星上的发动机来加速的，有的观众可能就要问了，既然卫星自己能够有加速的能力，那为什么不一次变轨到达地月的轨道呢？从理论上讲，一次变轨其实是可以实现的，但是，那样更加耗费原料，而且也不利于控制。为了充分利用燃料，同时也为了方便地面控制，科学家把变轨逐步分解，这样在嫦娥一号围绕地球绕行的时候，可以及时发现问题，及时处理。

　　在3条大椭圆轨道上经过7天热身后，嫦娥一号卫星将正式奔月。10月31日，当卫星再一次抵达近地点时，主发动机打开，卫星的速度在短短几分钟之内提高到每秒10．9千米以上，嫦娥一号获得了奔向月球的动力，进入地月转移轨道，真正开始了从地球向月球的飞越，这是整个探月工程中最关键的一步，也是最难以把握的一步。

　　庞之浩：它的危险性就在于他的暂短性和唯一性，错过了窗口，就不可能进入到地月转移轨道了，因为地球在转，月球也在转，所以就相当于高速路的出口，你过了这个出口，那就得等很长时间，才能迎来一个比较好的位置，才能进入到地月转移轨道。

　　在地月转移轨道，也就是从地球轨道到月球轨道的这段距离，嫦娥一号卫星需要飞行约114个小时。

　　主持人：人类探月活动的历史上，曾多次发生探测器未能实现月球的捕获而丢失在星际间的事故，这大多是由于飞行过程中卫星姿态和速度控制不精确造成的。如果卫星在地月转移轨道近地点有每秒1米的速度误差或1千米的高度误差，飞到月球附近时都将产生几千千米的位置误差。

　　在高速飞行的过程中，卫星必须在地面的指令下进行中途轨道修正。一般需要进行多次修正，而嫦娥一号只修正了一次，时间是11月2日。

　　朱毅麟：进入了奔月轨道之后，误差很小，基本上跟我们原则设计的这条巡航轨道是没有任何偏差，原来预计的要进行两到三次的中途修正，在轨道飞行的114小时，4天多的时间里面，还要修正两到三次，实际上只修正的一次，因为他非常准确，不需要修正，因此在114小时以后他就飞到月球附近了。

　　嫦娥一号能如此准确的进入地月轨道，离不精准的测控技术的支持。在陆地上，我国分别在青岛、北京、昆明、喀什设立了测控站。由于嫦娥一号飞行的距离是过去卫星的十倍以上，卫星的发出的信号会有空间衰减、使得地面接收月球探测数据的技术难度大大增加。

　　朱毅麟：距离大了10倍以后，这个信号传输的损失就大了一百倍。因此如果原来是一瓦的发射机在地球轨道上我能够接收到它的信号，那么到了40万公里的地方，那发回来的信号比原来就弱了100倍。那么我就想办法把这个信号能够把它捡出来，把它放大出来。

　　为此，地面应用系统专门建造了两座被称为射电望远镜的大口径天线：一座在北京密云，天线口径达50米；一座在云南昆明，口径达40米。两座大口径天线像一双巨大的眼睛，时刻注视着嫦娥一号卫星的一举一动，把卫星传输来的信息全部收集起来。同时，在太平洋上还有三艘测量船，这些测控站组成了一个庞大的测控网。

　　庞之浩：它们同时观测卫星，然后把数据交到数据处理中心，进行处理，这样就相当于能够合成一个直径很大的一个望远镜，我们就叫甚长干涉测量的方式，它的基线有3200千米，所以分辨率非常高，所以这次都起了很大的作用。

　　11月5日，当嫦娥一号卫星飞行了30万千米后，嫦娥一号发现了月球。卫星需要进行减速制动，也就是“刹车”。只有这样，嫦娥一号才能被月球引力捕获，成为绕月飞行的卫星。　这是实现绕月飞行的一个重要步骤，“刹车”晚了，卫星就要撞到月球上去；而“刹车”早了，则会飘向太空。

　　朱毅麟：为了使嫦娥1号，它能够给月球的引力能够吸引住，使它的速度减少下来，减少下来，但是速度不能减少得太多，如果减少的速度，小于每秒1.7公里，那么它就会月球全部的吸引住，就撞到月球上去。现在要使嫦娥1号成为月球的卫星，成为环绕月球，又不掉到月球表面，那必须使它的速度，要大于1.7公里，同时小于每秒2.4公里。

　　嫦娥一号卫星成功的进行了第一次近月制动，从地月转移轨道进入12小时月球轨道。从这一刻起，嫦娥一号卫星成为真正的绕月卫星。

　　11月6日，嫦娥一号卫星进行第二次近月制动，速度进一步降低，卫星进入3．5小时轨道，并在这个轨道上运行7圈。

　　11月7日，嫦娥一号卫星进行第三次近月制动，进入2小时的月球极月轨道。这个轨道为圆形，离月球表面200千米。这是卫星绕月飞行的工作轨道。至此，嫦娥一号的工程目标已经基本实现。

　　朱毅麟：这刹车也是分三次来刹车，并不是一次来刹车，因为多次刹车的好处，就在于我可以微调，就是刹车一次看看，准不准，不准我下次再修正一些。如果说超过了，那我下次减少了一点，如果一次刹车刹的不好，那就可能偏离很大。这就是说，我们做工作就是要过细的做工作，就分阶段的刹车，比一次性做工作，要精细一点。

　　庞之浩：通过多次变轨就像体操运动员一样，表演了眼花缭乱的动作，而且都准确无误，精确度非常高。

　　接下来，嫦娥一号开始准备工作了。首先，它要调整好姿态，它的探测器探头在环绕月球过程中，要始终对准月球。为了把探测结果发回到地球，卫星的通讯天线始终要保持对地球定向。而卫星上的太阳能电池要始终对着太阳。嫦娥1号在围绕月球转动的过程中，要一直保持这三个定向，被称为三体定向。

　　朱毅麟：你要保持三体定向，这个无论是硬件，软件，在实现上都是有很大的难度，就像我们一个人，既要保持姿势做得很端正，又要把手举得高高的，又要把脚抬起来，又要把人的脸对着某个方向定向，而自己又在绕某个东西在转圈子，这人来说，既要控制这三个方面，都是很不容易，何况一个没有生命的东西。

　　嫦娥一号有四大科学目标，第一个就是对月球表面进行三维的地图测量。从已经发布的图片来看，这是人类第一次对月球进行三维的测量。之后，嫦娥一号还要对月球上14种有用元素进行探测。 探测月壤特性，利用微波辐射计探测月壤厚度及其分布，分析月壤成熟度与表面年龄的关系。最后一项是探测地月空间环境。研究太阳风和月球的相互作用，深入认识空间物理现象对地球空间以及对月球空间的影响。

　　主持人：嫦娥1号的首次探月取得圆满成功，也就标志着我们国家的航天事业已经实现了第三个里程碑，我们知道航天技术有三个大领域，第一个领域就是人造卫星，第二个领域，载人航天，第三个领域就是深空探测，那么我们国家在1970年4月24号，发射成功第一颗人造卫星东方红1号以来，已经实现了第一个里程碑，第二个里程碑，就是2003年，中国用自己研制的火箭和飞船，把我国第一个航天员杨利伟送上天，并且安全返回，也就实现了在航天事业上的第二个里程碑，那这次嫦娥1号，绕月的完全成功，就说明我们国家在升空探测方面，实现了第一个里程碑。好，感谢收看今天的走近科学栏目，明天见。

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