向月球挺进，中国航天的第三个里程碑

2003年2月下旬，国内一些媒体相继报道了我国开展月球探测的进展和相关设想，月球探测再一次引起了人们的极大关注。

月球是地球唯一的天然卫星，是距离地球最近的天体，一直是人类观察研究的对象。20世纪50年后期，随着航天技术的出现和发展，人类对月球开始了直接探测，取得了一系列科学成果。

月球探测，将是21世纪人类深空探测活动的主旋律。向月球挺进，在浩瀚的太空即将耸立中国航天技术的第三个里程碑。

人类月球探测的辉煌足迹

据科学研究表明，月球是一个南北极稍扁、赤道处略膨胀的圆球体，南北极半径比赤道半径短约500米。月球的平均直径为3476公里，相当于地球直径的27%；质量约为地球的1 / 81；体积只有地球的1 / 49。月球的表面积约为3800万平方公里，只有地球表面积的1 / 14，相当于中国陆地面积的4倍；月球表面的引力只有地球表面的1 / 6。月球的平均密度比地球小得多；月球围绕着地球以椭圆形轨道运动，其远地点为406700公里，近地点为356400公里，与地球的平均距离为384403公里，大约相当于地球赤道长度的10倍。

月球是离地球最近的天体，亮度仅次于太阳，历来是人类进行天文活动的首选目标。自古以来，月球给人类留下了许多美丽的传说。

人类大规模的探月壮举始于航天技术诞生的20世纪50年代末期。自1959年起，在冷战背景下，美国和前苏联展开了以月球探测为中心的空间竞赛，掀起了第一次月球探测高潮。1959年，前苏联发射了“月球”2号探测器，这是人类到达月球的第一个人造物体，从而揭开了人类探测月球的序幕。1962年，美国总统肯尼迪宣布：将于1970年以前把一批宇航员送到月球上并安全返回。于是，一项先后动员了120所大学，2万家企业，400万人参加，耗资310亿美元的“阿波罗”登月计划正式启动了。此后，为实现“阿波罗”登月壮举，美国陆续启动了“先驱者”等一系列月球探测计划，从1966年到1968年，有5艘无人探测飞船在月球上登陆，这些飞船送回了约86000张有关月球表层信息的照片。

1969年7月20日，巨型“土星”5号运载火箭发射的“阿波罗”11号飞船，载着3名宇航员飞临月球，阿姆斯特朗和奥尔德林驾驶登月舱降落月面。他们跨出登月舱，踏上月球的陆地，完成了人类首次踏上另一个星球的划时代之旅。这次月球之行，两个宇航员在月面上8个不同的地点进行了勘查，通过对月球物质进行研究，极大地丰富了对月球的认识。

据不完全统计，在1959年至1976年的18年中、苏、美两国原计划发射94颗月球探测器，而实际上发射了65颗，发射成功了45颗。其中，前苏联发射成功23颗无人月球探测器，主要有“月球”号系列，“宇宙”号系列和“探测器”系列，美国发射成功22颗，主要有“先驱者”系列、“徘徊者”系列、“月球轨道器”系列、“勘探者”系列和“探险者”月球探测器。此外，人类还进行了7次载人登月，6次成功，不仅掌握了第一手月球资料，还带回382.7公斤月球土壤和月岩样品。

人类为什么把月球作为“走”出地球的首选目标?这是因为月球具有可供人类开发和利用的各种独特资源，也是人类通向外层空间理想的基地和前哨站。月球具有的资源、能源和特殊环境，已经展现出了广阔的开发利用前景。月球表面具有高真空、无磁场、弱重力、高洁净和地质构造稳定的环境，对于建立月球天文观测基地、生物制品和新材料研制基地、对地观测站和深空探测前哨站均具有重大的政治、军事和科学意义。

月球探测成果丰硕

人类几十年来的月球探测活动，获得了极其丰富的数据，这些数据使人类对月球的形状、大小、近地空间环境、月球轨道参数、月球表面的构造与特征、月球的岩石类型与化学组成、月球的资源与能源、月球的内部构造与演化历史的研究，取得了一系列突破性进展，对月球的起源和地-月系统的相互作用与影响获得了新的认识。几十年来，人类月球探测取得的主要成果有：

目前，已经精确测定了月球的形状、大小和运行轨道。科学研究发现，月球表面是一个基本没有大气的“真空地带”。由于没有大气的热传导，月球表面昼夜温差极大，初步测定在140±10℃~-170±10℃之间。

科学研究表明，月球目前没有全球性磁场存在，但月球的岩石有极微弱的剩磁。科学家认为，这一信息表明月球可能曾经有过较弱的全球性磁场。月球表面的地形不是平坦的，主要是地形相对低洼的大型盆地，即月海盆地、月陆和撞击坑。月球正面约有一半为月海，月球背面月海分布极少。由于撞击的作用，导致大量岩石碎块溅射，堆积在盆地周围，形成围绕盆地的山系。月海和月陆表面布满了由于撞击形成的撞击坑，直径大于1公里的撞击坑占月表面积的7~10%。较年轻的撞击坑仍保留有撞击溅射物运动所形成的辐射纹。

月球表面被月壤和尘埃覆盖着，一般厚度达5~10米，它是由无数陨石撞击形成的。由于月壤长期受太阳-宇宙射线的辐射，因此储存了独特的太阳辐射历史，完整地纪录了40亿年太阳活动的历史。了解这段历史，对了解地球上气候的变化是非常重要的。

月球是一个死寂的世界，月球上没有生命和活动的有机体、化石，也没有有机体固有的有机化合物。

经过探测发现，月球有一个厚达60公里的月壳，一个达60~1000公里深度的岩石圈和一个深度达1000~1740公里的部分液化的岩流圈。通过对数据进行分析，科学家研究推断，在岩流圈的底部可能存在一个小的铁核或硫化铁核，这个推断有待于证实。

月球是一个干枯的世界，月球表面没有水体。科学家认为，在月球的地质演化历史中，也没有或只有极微量的水参与。但是，1994年发射的“克莱门汀”探测器和1998年发射的“月球勘探者”探测器，都在月球南北极的撞击坑的永久阴影区内，发现与月壤混合的水冰，资源量估计可达66亿吨。分析认为，这些水冰可能主要来源于彗星。当彗星撞击月表时，彗星体瓦解后残存下来的冰会溅落在月球表面，其中大部分在阳光的直射下蒸发而逸散到太空，而那些散落在撞击坑永久阴影区的水冰则由于温度极低，而得以保存下来。

月球并不是一个非常圆的球体，可能是由于地球引力影响的结果，月球在总体形状上有轻微的不对称现象，月壳在月球背面较厚，而大部分火山熔岩充填的大型月海盆地多存在于月球正面。月球大的质量密集区位于大型月海盆地之下。科学研究认为，月球与地球都是由相同的物质元素以不同的比例“混合”形成的，所不同的是月球更富含难熔元素。所有月球岩石都是通过岩浆或火山作用形成的。月岩可粗略地分为玄武岩、斜长岩和角砾岩三类。月岩中含有大量矿藏，目前已发现了100多种，其中绝大多数矿物的成份和构造与地球的矿物相同；另外，还发现了静海石等5种在地球上未曾发现的矿物。

根据对月球各类岩石成份、构造与形成年龄的研究，科学家认为，月球约形成于45.6亿年前。月球形成后，通过岩浆的熔离过程和内部物质调整，于41亿年前形成了斜长岩月壳、月幔和月核。在40~39亿年前，月球曾遭受到小天体的剧烈撞击，形成广泛分布的月海盆地，称为“雨海事件”。在39~31.5亿年前，月球发生过多次剧烈的玄武岩喷发事件，大量玄武岩填充了月海，厚度达0.5~2.5公里，称为“月海泛滥事件”。31.5亿年以来，月球内部的能源逐渐枯竭，未发生大规模岩浆火山活动与月震，但小天体的撞击仍不断发生，形成具有辐射纹及重叠的撞击坑，这便是月面为什么千疮百孔的原因。

在长期的月球研究中，关于月球起源主要有四种假说：即捕获说；共振潮汐分裂说；双星说和大碰撞分裂说。近年来，许多学者支持大碰撞分裂说，同时，也获得了大量的证据。但是，月球究竟是怎样形成的，尚待进一步研究。

上述成果，使人类加深了对月球的认识，进一步激发了向月球进军的壮志。

揭开月球待解之谜

在过去的20世纪里，人类虽然对月球探测取得了巨大的成果，积累了大量的月球科学数据，大大加深了人类对月球的认识。但是，由于技术的限制和通讯等原因，人类对月球的探测活动还大都集中在月球的正面和表层。由于采集的样品还不多，因此，不可能完全代表整个月球的状况，加上所获得的探测数据还缺乏足够的精度，因此，对月球的认知程度仍然是初步的，还有许多问题亟待探索和研究。主要有：

月球表面三维地貌到底是什么样的?月球表面地貌特征，一直是月球探测最重要的内容，它可为月球演化的现状和历史提供直接的证据。目前，月球表面二维地貌数据已经达到了较高的精度，而三维地形图由于分辨率和覆盖率均不够高。因此，利用更为先进的遥感器获得更高分辨率和覆盖率的数据，了解月球三维地貌，是亟待进行的一项重要工作，完成这项工作将有助于加速对月球的研究工作，加深对月球的认识。

月球大气层仅为地球的百万亿分之一，月球大气层是如何起源和消失的是亟待搞清楚的问题。月球研究结果表明，月球在其历史上曾经存在过比现在浓密得多的大气层。月球的古大气层是如何起源和演化直至消失的?一直是月球研究的重要课题，这个谜尚待在以后的月球研究中揭开。

月球的岩石类型是怎样的，又是如何分布的?目前，对于月球岩石的描述和表达还非常粗略，绝大部分岩石类型的划分还有较多推测的成分。搞清月球岩石的类型和分布，以及发现新的月球岩石类型，将成为今后月球探测的一个重点。

月球的内部结构到底是什么样?研究月球的内部结构，是月球研究的基本问题和月球探测的主要目标之一。目前，人类对月球内部状况的认知还非常浮浅，甚至对月球的基本结构模型仍难以达到共识，需要在今后的月球探测中加以研究。月球是如何起源和演化的?月球的起源与演化是月球研究的基本问题。对月球起源和演化的认识，将在很大程度上依赖于今后月球探测的成果。

在进行月球科学研究的同时，如何充分开发月球的能源资源、矿产资源、空间环境资源为人类所用，探测水资源，也是人类进行月球探测和科学研究的重要动因之一。

新的月球探测高潮正在兴起

1969年7月美国“阿波罗”11号飞船实现了人类首次登月，月球探测取得了划时代的成就。但耗费的人力、物力巨大，从1977年开始，月球探测开始受到冷落。

进入20世纪80年代，探测月球再次受到关注。1986年，美国航空航天局提出了“又快、又好、又省”新的空间探测战略。1989年7月20日，在纪念“阿波罗”载人登月20周年的时候，美国布什总统宣布重返月球，建立月球基地并以此促进对火星空间探测的设想。1995年，美国提出了面向21世纪的重返月球计划。

目前，美国、日本、欧洲空间局、俄罗斯等国家和组织正在实施重返月球计划，世界主要航天国家和组织酝酿在近20~30年内联合建立永久性月球基地，开发和利用月球的资源和特殊环境。可以不容置疑地认为，21世纪，月球探测将成为航天国家和组织深空探测的主潮流。

1994年1月25日，美国发射成功的“克莱门汀”探测器，奏响了人类“重返月球”的序曲。在环绕月球为期两个月的飞行中，“克莱门汀”探测器拍摄了200万张月球照片，获得了月球铁和钛的分布图和迄今为止最详细的整个月球数字地形图，部分地区的图像分辨率比以往的月球照片高出100倍以上。该探测器还用激光对40处月球盆地进行测绘，获得了许多极有价值的专业地图，发现了深达12公里这一目前太阳系中已发现的最大、最深的环形山口，这一山口被命名为“艾特金盆地”。它还测量了月球引力分布情况，进一步加深了对月球结构的了解。

1998年1月7日，时隔25年后，美国“月球勘探者号”在卡纳维拉尔角发射升空，人类重返月球的计划拉开序幕。配备5种科研设备装备精良的“月球勘探者号”最大的成果是发现了月球上的水。水是将来建立月球基地，发展月球农业和工业的命脉，还可以为在月球上发射火箭提供燃料，因此，这一发现对月球探测和资源开发将产生重大的影响。“月球勘探者号”的成功发射，标志着“又快、又好、又省”空间探测战略的开始，奏响了人类重返月球、建立月球基地的序曲。

21世纪，人类将迎来第二个月球探测高潮。为此，各航天国家纷纷提出了月球计划。

据有关资料称，重返月球是美国航空航天局面向21世纪的重点项目。1995年，美国提出了“新盛世”计划，该计划将发射大量的低成本的小型月球探测器，组成月球卫星星座并形成一个整体。美国计划在对月球进行全方位探测的基础上，制定了月球探测长远计划。主要内容是：用机器人对月球进行探测；宇航员重新登上月球，建立月球前哨站，安装科学仪器，进行科学试验；建立一个配备生命保障系统，而且具有受控生态环境的月球基地，从事科学研究、采矿和材料加工。

欧洲空间局在1994年就提出了重返月球、建立月球基地的详细计划。计划进行三个方面或领域的月球研究：一是发射月球卫星，研究和获取高分辨率的月面地貌及其化学和地质图像；建立月面站和机器人系统，发射可返回的探测器，采样返回，建立月球前哨基地。二是在月球表面建立全方位的天文观测和地球的地质构造及环境监测研究。三是建立生命科学研究基地，探索月球表面生存环境的形成，开展低重力、无磁场条件下的生理变化等航天医学工程研究。为实现上述目标，计划发射数颗月球卫星，并把一个登月舱和一辆月球车送上月球，考察月球南极地形、地貌和环境，为未来建立月球基地积累数据资料。第二阶段，发射月球遥控机器人，进行月球化学成分分析和物理探测。第三阶段，就地取材进行月球上的材料生产。

此外，英国、德国、奥地利、乌克兰等欧洲国家，也单独提出了相应的月球探测计划。

继美国、前苏联之后成为第三个“月球国家”的日本，也制定了系统的计划和较为详细的月球探测日程。近期主要月球探测计划有：发射“月神”号绕月卫星，开展月球资源开发利用的可行性研究，同时，为未来月球探测进行技术上的准备；实施“月球-A”计划，对月球进行全球性的地形地貌、矿物岩石成份和内部结构的探测，进一步研究月球的全球性演化；发射探测器，于2006年实现月面软着陆；于2015年后，在月球表面建立一个采用太阳能电池阵和红外干涉仪的月球极区定位观测站。日本还计划在2015年至2020年，把载人飞船送上月球。上述目标的实现，将使得雄心勃勃的日本成为第三个月球大国。

已经跻身核国家的印度已经成为近年来迅速崛起的空间国家，随着地球静止轨道卫星的发射成功和先进遥感卫星的研制成功，印度已经具备发射月球探测卫星的能力。印度计划在2005年左右将无人驾驶环月球探测器送入月球轨道，在2015年至2020年，把载人飞船送上月球。

启动探月工程， 中国已经做好了准备

发射人造地球卫星、载人航天和进行深空探测，是人类航天活动的三大领域。世界主要航天国家和组织均在这三大领域取得了重要成果。

江泽民同志在国际宇航联合会第47届大会的讲话中指出：“中国政府一直把航天事业作为国家整体发展战略的重要组成部分，予以鼓励和支持。我们在航天事业上取得的每一个成就，都极大地鼓舞全国各族人民。今后，我们将一如既往地致力于航天事业，争取有所创新。”经过几十年的發展，我国已经在人造卫星和载人航天技术上取得了重大突破，当前月球探测已成为全球深空探测的重点和热点，适时开展以月球探测为主的深空探测，为参与月球资源的开发利用做出应有贡献，是我国航天活动的必然选择，也是我国航天活动发展的第三个重要目标。

月球探测是一个国家综合国力和科学技术水平的重要体现。我国开展月球探测工程的根本目的是：掌握月球探测技术，开展月球科学探测和应用研究，参与月球资源的开发利用，维护我国的月球权益，为我国和人类可持续发展做出应有贡献。

成功的实施月球探测将是我国航天活动继发射人造地球卫星和突破载人航天之后的第三个里程碑。我国自1970年4月24日成功地发射第一颗人造地球卫星以来，运载火箭、应用卫星和载人航天技术有了飞速的发展，开展月球探测工程将填补月球探测的空白，在月球上占有一席之地，对于维护我国的月球权益，提高我国的国际威望、增强民族凝聚力具有重要的意义与作用。以国际上重返月球计划正处在起步阶段为契机，加速开展月球探测的步伐，将有利于促进我国航天技术的发展，使我国的月球探测尽快跨入国际先进行列。

当前，主要航天国家和组织正加紧实施月球探测计划，如何保证履行《月球条约》规定的权利、义务已成为世界各国十分关注的问题。作为联合国外层空间委员会的成员国，我国开展月球探测，并取得一定成果，才具有分享开发月球权益的实力，维护我国的合法权益。

月球探测是众多高技术的高度综合。开展月球探测，对于带动和促进大推力运载火箭技术、深空探测、深空测控、光电子技术、机器人、人工智能、遥科学、新能源技术、新材料技术等航天技术和其他高技术的发展，促进科技进步，必将产生显著的社会和经济效益。

月球是研究天体物理学、空间物理学、生命科学与材料科学的理想场所。开展月球探测将大大促进空间天文、空间物理、空间生命科学、对地观测科学和空间材料科学的创新和发展，这些学科的进步又将带动更多基础学科门类的共同发展。

有利于参与开发利用月球资源，促进人类社会的可持续发展。月球上特有的矿产和能源，是对地球资源的重要补充和储备，月球资源的开发利用将对人类社会的可持续发展产生深远影响。我国开展月球探测工程，将为参与月球资源的开发利用，促进人类社会的可持发展做出应有的贡献。

开展月球探测工程，可以促进我国航天领域的国际交流与合作。

2000年11月，国务院新闻办公室发布了《中国的航天》政府的白皮书，明确提出了我国航天事业发展宗旨和原则。在这个原则基础上，许多专家认为，我国月球探测工程应结合我国国情，坚持月球探测要服从和服务于“科教兴国”战略和可持续发展战略，以满足科学、技术、政治、经济和社会发展的综合需求为目的，把推进科学技术进步的需求放在首位。在发展目标上，要根据国情国力，选择有限目标，在关键领域实现重点突破。要借鉴国外月球探测工程的经验和教训，优选目标、统筹规划、远近结合、循序渐进、持续发展、形成特色、有所创新；实施“又快、又好、又省”的月球探测策略；探索更加经济、高效的月球探测工程发展道路；要在独立自主、自主创新的基础上，积极探索多层次、多渠道的国际交流与合作。

专家认为，我国实施月球探测航天工程的时机和条件已经成熟。中国科学院对月球探测的跟踪研究、参与月球探测国际合作研究已有近40年的历史，取得了多项重要成果，积累了丰富的经验。同时，经过40多年的发展，我国已建立了完整的航天工程体系，已达到相当规模和水平，我国已经具备了实施月球探测工程的基本条件。

几十年来，我国研制发射成功多颗空间环境探测卫星和空间遥感卫星，积累了丰富的空间飞行器在轨运行管理经验。我国的长征三号A火箭具有很高的可靠性，运载能力足以把月球探测器送入月球轨道，随着载人航天技术的发展，我国的测控能力有了很大的提高。多年来，中国空间技术研究院在卫星工程中，开展了“通用化、系列化、组合化”的工作，使空间飞行器的研制水平及可靠性都得到很大提高，在“东方红三号”通信卫星公用平台的基础上稍加改动，配置有效载荷，就可以提供低成本、高可靠的月球探测器平台。

为早日启动我国的月球探测工程，近十多年来，在中国国家航天局的组织下，由中科院月球探测首席科学家欧阳自选院士组成的专家组和中国航天科技集团公司等有关部门的著名专家，联合开展了月球探测可行性的研究工作，取得了积极的成果，在许多方面达成了共识，明确了我国月球探测的必要性和可行性以及月球探测初步方案的论证，提出了我国月球探测的发展战略和实现途径。月球探测卫星的科学目标已经通过了专家评审，我国卫星专家已经对月球探测卫星的发展战略进行了深入的研究，上述工作为月球探测工程打下了基础。

我国月球探测工程“三步走”战略

经过综合分析国际上月球探测已取得的成果，以及世界各国“重返月球”的战略目标和实施计划，考虑到我国科学技术水平、综合国力和国家整体发展战略，我国专家认为，我国月球探测工程可分为三个发展阶段组织实施。

第一阶段，2005年左右，研制和发射我国第一个月球探测器——月球探测卫星，主要用于对月球能源与资源的分布与规律进行全球性、整体性与综合性的探测，并对月球表面的环境、地貌、地形、地质构造与物理场进行探测。突破月球探测基本技术，初步构建月球探测卫星航天工程系统，为月球探测后续工程积累经验。具体是：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，探测月壤厚度，探测地-月空间环境，获得原始太阳风数据，研究太阳风对月球的相互作用，并为后续月球探测工程的发展，提供必要的月球轨道空间环境数据。

第二阶段，2010年左右，为月面软着陆探测与月面巡视勘察发射月球软着陆器，试验月球软着陆技术；研制和发射月面巡视车、自动机器人，探测着陆区岩石的化学与矿物成份，测定着陆点的热流、岩石剩磁和月表的环境，进行高分辨率摄影和月岩的现场探测或采样分析，为月球基地的选址提供数据。

第三阶段，2015年左右，进行月面巡视勘察与采样返回。发展新型月球巡视车，对着陆区进行月面巡视勘查，发展小型采样返回舱、月表钻岩机、月表采样器、机器人操作臂等。在月面巡视车分析取样基础上，采集关键性样品返回地面。同时，对着陆地区进行考察，为下一步载人登月探测、建立月球前哨站的选址提供数据，并深化对地-月系统，尤其是对月球的起源与演化的认识。

实施上述计划后，将根据实际情况，择机实施载人登月探测以及与有关国家共建月球基地。

中国月球探测进入倒计时

据来自有关方面的消息说，有关部门的科学工作者，正在紧锣密鼓地进行月球探测的前期方案论证和相关技术准备工作。

据来自有关部门的消息透露，我国月球探测卫星航天工程系统，由月球探测卫星、运载火箭、发射场系统、测控系统和地面应用系统五大部分组成。

我国的第一颗月球探测卫重，由有效载荷与卫星平台两部分组成。卫星采用三轴稳定姿态控制方式，工作寿命不少于1年。有效载荷包括CCD立体相机、成像光谱仪、激光高度计、Y / X射线谱仪、微波探测仪、太阳高能粒子探测器、低能离子探测器等。

根据月球探测科学目标任务的需求，本着充分利用现有成熟技术的原则，根据“又快、又好、又省”的原则，专家认为，我国月球探测卫星可采用“东方红三号”(DFH-3)卫星平台，根据月球探测任务和有效载荷的要求，对相关系统做相应的设计修改即可满足需要。

“东方红三号”卫星平台采用三轴稳定方式，已有4颗卫星成功运行的业绩。“东方红三号”通信卫星自1997年5月发射至今，已经在太空中稳定工作6年，星上各仪器设备均经受了长时间复杂空间环境的考验。平台具有较大的承载、适应性修改和可扩充能力，其构型布局完全可以满足月球探测卫星有效载荷的需求。卫星平台的推进系统可提供充足的轨道机动能力，除了可以保证整个地-月转移轨道和环月轨道的多次变轨机动外，而且在轨运行一年后尚有余量，可用于进一步的试验。因此，选用“东方红三号”卫星平台，充分继承成熟技术，将使月球卫星的研制经费降低，研制进度、质量和可靠性得到极大提高。

专家认为，发射月球探测卫星可使用长征三号A运载火箭。长征三号A是三级液体运载火箭，可将2600公斤卫星送入标准的地球同步转移轨道，目前，该卫星已6次成功地发射了卫星，成功率达100%。其性能稳定、技术成熟，完全具备将月球探测卫星送入轨道的能力。

地球至月球有38万多公里，探测器大约飞行3~5天，能否实现可靠的姿态和轨道控制，使探测器对准太阳或某颗恒星，按预定的轨道飞行；能否有效地接收探测器发出的信号，实施对探测器指挥和调整；能否保证探测器上的有效载荷经受住长途飞行和月球环境的考验，完成“肩负的使命”?这些都是月球探测能否获得成功的关键。目前，中国航天科技集团公司和中国科学院的一大批踌躇满志的专家，正在为实现中国航天第三个梦想而奋斗。

华夏民族通向月球之路，已经不再遥远。

责任编辑：兆 然 ■

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