振奋人心,建立月球基地还有登陆火星,中国全都要搞

11月14日,我国首次火星探测任务着陆器悬停避障试验在位于河北省怀来县的地外天体着陆综合试验场圆满完成,此次试验是我国火星探测任务首次公开亮相,试验模拟了着陆器在火星环境下悬停、避障、缓速下降的过程,对其设计正确性进行了综合验证。

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火星登陆计划

火星是太阳系八大行星之一,是太阳系由内往外数的第四颗行星,属于类地行星。

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因为肉眼可观测到火星,中国对于火星的观测非常早。战国时候著名天文学家甘德就曾发现火星、金星的逆行现象。

《开元占经》中载,甘德曰:“去而复返为勾……再勾为已。”石申曰:“东西为勾……南北为已。”“勾”和“已”是用来描述行星从顺行到逆行再到顺行这段运行弧线的状况。并且,他们都发现火星和金星在顺、逆行转换之间经历了停止不动的现象。

也正是因为火星令人迷惑的逆行现象,所以古代称火星为“荧惑”,有“荧荧火光、离离乱惑”之意。

而关于火星的逆行现象一直到开普勒导出行星运转三定律才有了合理的解释,而开普勒的行星运转三定律因为支持牛顿力学的正确性,因而奠定了现代科学的基础。

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随着航空航天的发展,人类进入太空竞赛时代,1962年,前苏联火星1号探测器飞越火星的尝试失败;而1964年,美国发射水手4号,1965年成功掠过火星,并传送回第一张火星表面的照片。

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1975年8月20日,海盗1号以泰坦三E-半人马座运载火箭载具升空,花费10个月航向火星,轨道太空船在进入火星轨道前五天开始传回火星全球照片。最后着陆器在7月20日 08:51 UT 从轨道卫星分离,在11:56:06 UT登陆成功,成为全球首个能成功登陆火星的卫星。

截止目前,迄今为止成功登陆的探测器只有8个:“海盗”“海盗”2、“探路者”“机遇”“勇气”“凤凰”“好奇”“洞察”。其中,真正具有独立发射登陆火星探测器的国家只有欧洲和美国。而我们之所以多火星怀有如此强烈的好奇心,是因为火星的位置和环境等因素具有孕育生命的可能。

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火星直径约为地球的53%,质量为地球的14%。自转轴倾角、自转周期均与地球相近,橘红色外表是地表的赤铁矿,表面积相当于地球陆地面积,密度则比其他三颗类地行星(地球、金星、水星)还要小很多。 以半径、质量、表面重力来说,火星约介于地球和月球中间;火星直径约为月球的两倍、地球的一半;质量约为月球九倍、地球的1/9,表面重力约为月球的2.5倍、地球的2/5。

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火星与太阳平均距离为1.67AU(天文单位),公转周期为687地球日,1.88地球年(以下称年),或668.6火星日。平均火星日为24小时39分35.244秒,或1.027491251地球日。

火星自转轴倾角为25.19度,和地球的相近,因此也有四季,只是季节长度约为两倍。由于火星轨道离心率大约为0.093(地球只有0.017),使各季节长度不一致,又因远日点接近北半球夏至,北半球春夏比秋冬各长约40天。2009年10月26日为北半球春分,2010年5月13日为夏至,北半球处春季。

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而火星与地球早期环境相似,火星和地球一样拥有多样的地形,有高山、平原和峡谷,火星基本上是沙漠行星,地表沙丘、砾石遍布。由于重力较小等因素,地形尺寸与地球相比亦有不同的地方。南北半球的地形有着强烈的对比:北方是被熔岩填平的低原,南方则是充满陨石坑的古老高地,而两者之间以明显的斜坡分隔;火山地形穿插其中,众多峡谷亦分布各地,南北极则有以干冰(固态的二氧化碳)和水冰组成的极冠,风成沙丘亦广布整个星球。

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因此火星被称为“袖珍地球”。科学家希望通过从火星的岩石结构、寻找古代岩石中的生物特征、甲烷嗅探、地底、寻找古代空气的痕迹等方式来探寻火星的生命痕迹。

根据国家航天局的计划,我国的火星探测任务将在2020年择机实施。由于火星距离地球较远,有5500万公里,所以在火星探测器完成发射之后,大约要经过7个月的飞行,才能够达到火星附近,预计在2021年我们的火星探测器可以达到火星。

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主要是对火星进行科学考察。在探测器到达火星之后,它将会一次性完成“绕、落、巡”三个任务,也就是说一次发射完成火星环绕探测、着陆火星表面和展开巡视探测任务,开展火星全球性和综合性探测,并对火星表面重点地区精细巡视勘查。相对于探月工程“绕 落 回”的三步走规划,火星探测的第一次任务可以说任务艰巨。而下一步,则是要实现在火星表面的取样返回

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而此次公布的火星探测任务着陆器悬停避障试验在亚洲最大的地外天体着陆综合试验场进行,模拟了火星重力环境(火星重力加速度约为地球的1/3)。

建立月球基地

在探测火星的同时,中国想要在月球建立基地的脚步就从未停止。1969年7月16日9时32分装载着阿波罗11号的土星5号火箭于美国肯尼迪航天中心发射升空,在7月20日下午4时17分43秒成功登陆月球,这是人类史上第一次登陆月球。

迄今为止,美国一共登月6次,“阿波罗”计划也是美国举国之力完成的世纪工程,历时约11年,耗资255亿美元。 约占当年美国GDP的0.57%,约占当年美国全部科技研究开发经费的20%。提供了惊人的就业长期增长。在工程高峰时期,参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构,总人数超过30万人。

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这也是为什么美国多次提出“重返月球”计划却一直没有实现的原因,第一个是美国想要登陆月背,登陆月背的技术相比月球表面难度不止高了数倍,需要中继卫星提高支持。第二个是资金花费太高。

2004年,美国提出了“重返月球”项目,未来10年内,美国将运送宇航员登上月球背面,并且建立月球永久基地。

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这次登月计划的规模要比“阿波罗”计划大得多,整个计划将耗资约560亿美元,2008年将发射第一枚探测器详细拍摄月球表面的照片。从2010年开始,美国将发射一批无人登月舱,在月球背面一些选定的地点登陆,确定那些地点是否有条件实施载人登月。宇航员登陆月球背面可能,最早在2015年实现。

第一批将会有4名宇航员将登上月球背面,收集月球上的岩石标本,进行科学实验,特别是要考察月球背面是否存在水,因为水对于未来在月球上建立永久基地至关重要。

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直到目前,美国不要说登陆月球,建立永久基地,甚至都没有成功发射探测器到达月背。

到了2013年,美国NASA表示重启“重返月球”计划,NASA会在2014年将进行“猎户座”(Orion)”飞船的首次试验性发射,而最终飞船将被安置于距离月球背面60000公里的地球-月球第二拉格朗日点L2,以确保飞船未来与地球的正常通信。

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如果一切顺利的话,飞船预计会在2017年进入预定飞行轨道,并作为后续探测任务的中继站届时NASA将视情况决定是直接派两名宇航员登陆月球背面,还是先让月球车前去“探路”。

截至目前,除了2014年12月5日,“猎户座”在绕地球飞行两圈后,以“完美”姿态降落在太平洋之后,就没有了消息。

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2019年,美国再次表示计划在未来五年内将宇航员重新送到月球背面,最快在2024年实现登月计划,史上第一位登月的女性也会从中诞生。登陆地点选在月球南极。

随后,在2028年前,NASA会在月球上建设一个可持续的人类据点,用以发现新科学、展示先进技术,并鼓励私人企业发展月球经济。

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中国目前已经利用“嫦娥四号”成功登陆月球背面,成为人类史上唯一一个探测器登陆月背的国家

《2011年中国的航天》白皮书表示,中国将选择有限目标,分步开展深空探测活动。按照“绕、落、回”三步走的发展思路,继续推进月球探测工程建设,发射月球软着陆和月面巡视勘测器,实现在月球的软着陆和巡视探测,完成月球探测第二步任务,并启动实施以月面采样返回为目标的月球探测第三步任务

而将在2019年发射的嫦娥五号探测器,是由中国空间技术研究院(中国航天科技集团五院)研制的中国首个实施无人月面取样返回的航天器。其计划在探月工程三期中完成月面取样返回任务,是该工程中最关键的探测器,也是中国探月工程的收官之战。如果嫦娥五号任务成功,那么中国的三步走计划将取得初步成功。

嫦娥五号初步定在月球表面“风暴洋”降落,风暴洋(Oceanus Procellarum)是月球最大的月海,南北径约2500千米,面积约400万平方千米。风暴洋位于月球西半球,面向地球一面的西侧,是一片广阔的灰色平原,四周有小型的月海,如南面的云海、北侧的雨海等。

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在完成三步走计划之后,国家航天局正在组织国内专家对后续规划进行论证,基本明确还有三次任务。一个是嫦娥六号计划在月球南极进行采样返回,到底是月背还是正面,要根据嫦娥五号的采样情况来确定。嫦娥七号是在月球南极一次综合探测,包括刚才说对月球的地形地貌、物质成份、空间环境进行一次综合探测任务。嫦娥八号除了继续进行科学探测试验以外,还要进行一些关键技术的月面试验。通过嫦娥八号验证部分技术,为构建月球科研基地,做一些前期探索。

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中国国家天文台副台长、月球与深空探测研究部主任、嫦娥工程最年轻的总设计师李春来表示,这三次任务的顺利实施代表中国探月工程进入下一阶段,如果一切顺利,中国将在2030年朝着机器人探测和载人探测两个方向发展。

而出于技术跨度、火箭选型、经济可承受性、效费比等方面因素考虑,机器人探测将成为后续月球探测任务的首要发展方向,通过深化月球科学探测并验证资源开发与利用、生物再生生命保障等技术,最终实现机器人长期驻留工作、短期可容纳宇航员造访的月球基地。而月球探索的重点也将由发展空间技术转向空间科学和空间应用等方面。

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中国后续月球探测将继续朝着机器人探测和载人探测两个方向发展。出于技术跨度、火箭选型、经济可承受性、效费比等方面因素考虑,机器人探测将成为后续月球探测任务的首要发展方向,通过深化月球科学探测并验证资源开发与利用、生物再生生命保障等技术,最终实现机器人长期驻留工作、短期可容纳宇航员造访的月球基地。

如此大规模的投入当然回报也是很丰厚的,

中航科技的有关人士表示工程已是处于初步的建设当中,预计总产值可以达到70万亿左右。

目前,美国说要在2028年建立月球基地,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)、欧洲航天局(ESA)、加拿大航天局(CSA)等机构都明确表示考虑加入美国的阿尔忒弥斯计划,美国已经表示将拒绝和中国合作。

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中国要在2030年建立月球基地,也欢迎全世界各个国家加入中国的月球基地。目前俄罗斯也已经答应和中国合作,俄罗斯计划在2023年发射的“月球-26”号轨道探测器也会与中国未来的嫦娥七号联合实施任务,可能担当嫦娥七号的中继站。

当然,俄罗斯也想自己建设月球基地,俄罗斯月球研究和开发计划构想方案提议从2025年到2030年在环月轨道上部署卫星通信,并在2036年以后部署导航设备,为在月球表面工作的设备规划路线。最终2040年建立月球基地。以俄罗斯目前的经济情况,这个计划估计很难实现。

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2030年以后的月球会非常热闹,将会分成两大阵营,要不然选择美国,要不然选择中国。


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