振奮人心,建立月球基地還有登陸火星,中國全都要搞

11月14日,我國首次火星探測任務著陸器懸停避障試驗在位於河北省懷來縣的地外天體著陸綜合試驗場圓滿完成,此次試驗是我國火星探測任務首次公開亮相,試驗模擬了著陸器在火星環境下懸停、避障、緩速下降的過程,對其設計正確性進行了綜合驗證。

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火星登陸計劃

火星是太陽系八大行星之一,是太陽系由內往外數的第四顆行星,屬於類地行星。

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因為肉眼可觀測到火星,中國對於火星的觀測非常早。戰國時候著名天文學家甘德就曾發現火星、金星的逆行現象。

《開元佔經》中載,甘德曰:“去而復返為勾……再勾為已。”石申曰:“東西為勾……南北為已。”“勾”和“已”是用來描述行星從順行到逆行再到順行這段運行弧線的狀況。並且,他們都發現火星和金星在順、逆行轉換之間經歷了停止不動的現象。

也正是因為火星令人迷惑的逆行現象,所以古代稱火星為“熒惑”,有“熒熒火光、離離亂惑”之意。

而關於火星的逆行現象一直到開普勒導出行星運轉三定律才有了合理的解釋,而開普勒的行星運轉三定律因為支持牛頓力學的正確性,因而奠定了現代科學的基礎。

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隨著航空航天的發展,人類進入太空競賽時代,1962年,前蘇聯火星1號探測器飛越火星的嘗試失敗;而1964年,美國發射水手4號,1965年成功掠過火星,並傳送回第一張火星表面的照片。

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1975年8月20日,海盜1號以泰坦三E-半人馬座運載火箭載具升空,花費10個月航向火星,軌道太空船在進入火星軌道前五天開始傳回火星全球照片。最後著陸器在7月20日 08:51 UT 從軌道衛星分離,在11:56:06 UT登陸成功,成為全球首個能成功登陸火星的衛星。

截止目前,迄今為止成功登陸的探測器只有8個:“海盜”“海盜”2、“探路者”“機遇”“勇氣”“鳳凰”“好奇”“洞察”。其中,真正具有獨立發射登陸火星探測器的國家只有歐洲和美國。而我們之所以多火星懷有如此強烈的好奇心,是因為火星的位置和環境等因素具有孕育生命的可能。

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火星直徑約為地球的53%,質量為地球的14%。自轉軸傾角、自轉週期均與地球相近,橘紅色外表是地表的赤鐵礦,表面積相當於地球陸地面積,密度則比其他三顆類地行星(地球、金星、水星)還要小很多。 以半徑、質量、表面重力來說,火星約介於地球和月球中間;火星直徑約為月球的兩倍、地球的一半;質量約為月球九倍、地球的1/9,表面重力約為月球的2.5倍、地球的2/5。

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火星與太陽平均距離為1.67AU(天文單位),公轉週期為687地球日,1.88地球年(以下稱年),或668.6火星日。平均火星日為24小時39分35.244秒,或1.027491251地球日。

火星自轉軸傾角為25.19度,和地球的相近,因此也有四季,只是季節長度約為兩倍。由於火星軌道離心率大約為0.093(地球只有0.017),使各季節長度不一致,又因遠日點接近北半球夏至,北半球春夏比秋冬各長約40天。2009年10月26日為北半球春分,2010年5月13日為夏至,北半球處春季。

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而火星與地球早期環境相似,火星和地球一樣擁有多樣的地形,有高山、平原和峽谷,火星基本上是沙漠行星,地表沙丘、礫石遍佈。由於重力較小等因素,地形尺寸與地球相比亦有不同的地方。南北半球的地形有著強烈的對比:北方是被熔岩填平的低原,南方則是充滿隕石坑的古老高地,而兩者之間以明顯的斜坡分隔;火山地形穿插其中,眾多峽谷亦分佈各地,南北極則有以乾冰(固態的二氧化碳)和水冰組成的極冠,風成沙丘亦廣佈整個星球。

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因此火星被稱為“袖珍地球”。科學家希望通過從火星的岩石結構、尋找古代岩石中的生物特徵、甲烷嗅探、地底、尋找古代空氣的痕跡等方式來探尋火星的生命痕跡。

根據國家航天局的計劃,我國的火星探測任務將在2020年擇機實施。由於火星距離地球較遠,有5500萬公里,所以在火星探測器完成發射之後,大約要經過7個月的飛行,才能夠達到火星附近,預計在2021年我們的火星探測器可以達到火星。

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主要是對火星進行科學考察。在探測器到達火星之後,它將會一次性完成“繞、落、巡”三個任務,也就是說一次發射完成火星環繞探測、著陸火星表面和展開巡視探測任務,開展火星全球性和綜合性探測,並對火星表面重點地區精細巡視勘查。相對於探月工程“繞 落 回”的三步走規劃,火星探測的第一次任務可以說任務艱鉅。而下一步,則是要實現在火星表面的取樣返回

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而此次公佈的火星探測任務著陸器懸停避障試驗在亞洲最大的地外天體著陸綜合試驗場進行,模擬了火星重力環境(火星重力加速度約為地球的1/3)。

建立月球基地

在探測火星的同時,中國想要在月球建立基地的腳步就從未停止。1969年7月16日9時32分裝載著阿波羅11號的土星5號火箭於美國肯尼迪航天中心發射升空,在7月20日下午4時17分43秒成功登陸月球,這是人類史上第一次登陸月球。

迄今為止,美國一共登月6次,“阿波羅”計劃也是美國舉國之力完成的世紀工程,歷時約11年,耗資255億美元。 約佔當年美國GDP的0.57%,約佔當年美國全部科技研究開發經費的20%。提供了驚人的就業長期增長。在工程高峰時期,參加工程的有2萬家企業、200多所大學和80多個科研機構,總人數超過30萬人。

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這也是為什麼美國多次提出“重返月球”計劃卻一直沒有實現的原因,第一個是美國想要登陸月背,登陸月背的技術相比月球表面難度不止高了數倍,需要中繼衛星提高支持。第二個是資金花費太高。

2004年,美國提出了“重返月球”項目,未來10年內,美國將運送宇航員登上月球背面,並且建立月球永久基地。

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這次登月計劃的規模要比“阿波羅”計劃大得多,整個計劃將耗資約560億美元,2008年將發射第一枚探測器詳細拍攝月球表面的照片。從2010年開始,美國將發射一批無人登月艙,在月球背面一些選定的地點登陸,確定那些地點是否有條件實施載人登月。宇航員登陸月球背面可能,最早在2015年實現。

第一批將會有4名宇航員將登上月球背面,收集月球上的岩石標本,進行科學實驗,特別是要考察月球背面是否存在水,因為水對於未來在月球上建立永久基地至關重要。

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直到目前,美國不要說登陸月球,建立永久基地,甚至都沒有成功發射探測器到達月背。

到了2013年,美國NASA表示重啟“重返月球”計劃,NASA會在2014年將進行“獵戶座”(Orion)”飛船的首次試驗性發射,而最終飛船將被安置於距離月球背面60000公里的地球-月球第二拉格朗日點L2,以確保飛船未來與地球的正常通信。

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如果一切順利的話,飛船預計會在2017年進入預定飛行軌道,並作為後續探測任務的中繼站屆時NASA將視情況決定是直接派兩名宇航員登陸月球背面,還是先讓月球車前去“探路”。

截至目前,除了2014年12月5日,“獵戶座”在繞地球飛行兩圈後,以“完美”姿態降落在太平洋之後,就沒有了消息。

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2019年,美國再次表示計劃在未來五年內將宇航員重新送到月球背面,最快在2024年實現登月計劃,史上第一位登月的女性也會從中誕生。登陸地點選在月球南極。

隨後,在2028年前,NASA會在月球上建設一個可持續的人類據點,用以發現新科學、展示先進技術,並鼓勵私人企業發展月球經濟。

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中國目前已經利用“嫦娥四號”成功登陸月球背面,成為人類史上唯一一個探測器登陸月背的國家

《2011年中國的航天》白皮書表示,中國將選擇有限目標,分步開展深空探測活動。按照“繞、落、回”三步走的發展思路,繼續推進月球探測工程建設,發射月球軟著陸和月面巡視勘測器,實現在月球的軟著陸和巡視探測,完成月球探測第二步任務,並啟動實施以月面採樣返回為目標的月球探測第三步任務

而將在2019年發射的嫦娥五號探測器,是由中國空間技術研究院(中國航天科技集團五院)研製的中國首個實施無人月面取樣返回的航天器。其計劃在探月工程三期中完成月面取樣返回任務,是該工程中最關鍵的探測器,也是中國探月工程的收官之戰。如果嫦娥五號任務成功,那麼中國的三步走計劃將取得初步成功。

嫦娥五號初步定在月球表面“風暴洋”降落,風暴洋(Oceanus Procellarum)是月球最大的月海,南北徑約2500千米,面積約400萬平方千米。風暴洋位於月球西半球,面向地球一面的西側,是一片廣闊的灰色平原,四周有小型的月海,如南面的雲海、北側的雨海等。

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在完成三步走計劃之後,國家航天局正在組織國內專家對後續規劃進行論證,基本明確還有三次任務。一個是嫦娥六號計劃在月球南極進行採樣返回,到底是月背還是正面,要根據嫦娥五號的採樣情況來確定。嫦娥七號是在月球南極一次綜合探測,包括剛才說對月球的地形地貌、物質成份、空間環境進行一次綜合探測任務。嫦娥八號除了繼續進行科學探測試驗以外,還要進行一些關鍵技術的月面試驗。通過嫦娥八號驗證部分技術,為構建月球科研基地,做一些前期探索。

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中國國家天文臺副臺長、月球與深空探測研究部主任、嫦娥工程最年輕的總設計師李春來表示,這三次任務的順利實施代表中國探月工程進入下一階段,如果一切順利,中國將在2030年朝著機器人探測和載人探測兩個方向發展。

而出於技術跨度、火箭選型、經濟可承受性、效費比等方面因素考慮,機器人探測將成為後續月球探測任務的首要發展方向,通過深化月球科學探測並驗證資源開發與利用、生物再生生命保障等技術,最終實現機器人長期駐留工作、短期可容納宇航員造訪的月球基地。而月球探索的重點也將由發展空間技術轉向空間科學和空間應用等方面。

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中國後續月球探測將繼續朝著機器人探測和載人探測兩個方向發展。出於技術跨度、火箭選型、經濟可承受性、效費比等方面因素考慮,機器人探測將成為後續月球探測任務的首要發展方向,通過深化月球科學探測並驗證資源開發與利用、生物再生生命保障等技術,最終實現機器人長期駐留工作、短期可容納宇航員造訪的月球基地。

如此大規模的投入當然回報也是很豐厚的,

中航科技的有關人士表示工程已是處於初步的建設當中,預計總產值可以達到70萬億左右。

目前,美國說要在2028年建立月球基地,日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)、歐洲航天局(ESA)、加拿大航天局(CSA)等機構都明確表示考慮加入美國的阿爾忒彌斯計劃,美國已經表示將拒絕和中國合作。

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中國要在2030年建立月球基地,也歡迎全世界各個國家加入中國的月球基地。目前俄羅斯也已經答應和中國合作,俄羅斯計劃在2023年發射的“月球-26”號軌道探測器也會與中國未來的嫦娥七號聯合實施任務,可能擔當嫦娥七號的中繼站。

當然,俄羅斯也想自己建設月球基地,俄羅斯月球研究和開發計劃構想方案提議從2025年到2030年在環月軌道上部署衛星通信,並在2036年以後部署導航設備,為在月球表面工作的設備規劃路線。最終2040年建立月球基地。以俄羅斯目前的經濟情況,這個計劃估計很難實現。

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2030年以後的月球會非常熱鬧,將會分成兩大陣營,要不然選擇美國,要不然選擇中國。


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