據騰訊科學（文/張雪松）：我國將于今年12月前后在西昌發射嫦娥三號月球軟著陸探測器，執行探月工程二期的落月探測任務 。嫦娥三號這次任務不僅將實現我國航天器在地外天體的首次軟著陸，還是人類自1976年蘇聯Luna 24探測器以后發射的第一個月球軟著陸探測器 。嫦娥三號探測器的發射，將拉開人類新一輪探月熱潮的序幕 。
嫦娥三號是我國探月工程二期的第2顆月球探測器，在此之前，我國已經成功實施了探月一期工程，發射了嫦娥一號月球探測器 ， 并發射了探月工程二期的先導星嫦娥二號探測器 。嫦娥三號發射在即，我們有必要回頭檢視嫦娥一號和嫦娥二號的任務成果 。
嫦娥一號于2007年10月24日發射，成功實現了中國首次月球環繞飛行 ， 其成果獲得歐美同行高度評價 。
嫦娥一號探測成果獲國際高度評價
嫦娥一號于2007年10月24日發射，它成功實現了月球環繞飛行，獲取了月球表面120米分辨率的全月圖，并獲取了月球表面的元素分布與含量等信息 。嫦娥一號在一年的設計壽命里順利完成預定任務后 ， 在2009年3月1日以撞擊月球結束了使命 。
嫦娥一號的全月圖分辨率較低，僅達到十多年前美國克萊門汀(Clementine)號探測器的水平，落后于同期發射的日本輝夜姬和印度月船一號探測器，不過它繪制的全月數字高程模型的精度相當不錯，而且繪制了重要元素的全月含量分布 ， 特別是在世界范圍內首次獲得了四個頻率的月球正午和子夜的全月微波圖像 ， 2010年獲得歐洲行星科學大會和美國航天局等機構的高度評價 。
嫦娥二號原本只是一號的備份，一號星成功后“半路出家”改裝成現在所見的模樣，搭載高分辨率相機，為嫦娥三號探路 。
嫦娥二號驗證了嫦娥三號部分關鍵技術
嫦娥二號月球探測器雖然被列入二期工程，作為先導星 ， 但它實際上是嫦娥一號探測器的備份星 。嫦娥一號順利完成任務后，我國科學家對備份星進行了改進 ， 安裝性能更好的設備，并賦予嫦娥二號的編號 。
嫦娥二號探測器于2010年10月1日發射升空，其主要使命是為嫦娥三號月球軟著陸探測器進行部分關鍵技術驗證 。嫦娥二號驗證了嫦娥三號將要使用的地月直接轉移軌道技術、X頻段測控技術、100千米高度近月軌道捕獲等關鍵技術，并對嫦娥三號的預定落月區域虹灣地區進行了高精度的成像 。
嫦娥二號攜帶了100千米高度7米分辨率的高分辨率CCD相機，拍攝了國際上分辨率最高的7米分辨率全月圖 。為了對虹灣著陸地區進行高精度成像，嫦娥二號還曾變軌到15千米X100千米軌道，在18.7千米高度拍攝了1.3分辨率米的虹灣局部影像圖，這次變軌也為嫦娥三號的落月做了相應的技術驗證 。
2012年2月6日，中國探月工程公布了嫦娥2號拍攝的全月球影像圖，分辨率達7米，這是它的縮略圖 。
嫦娥二號完成預定任務后，任務開始不斷拓展，先進入地拉格朗日L2點，后又續發揮余熱，執行飛掠4179號圖塔蒂斯小行星，并在完成任務后繼續飛離地球 。
嫦娥二號拓展深空大放異彩
出乎人們意料的是，嫦娥二號完成預定任務后 ， 開始進行深空拓展任務 。2011年6月9日，嫦娥二號從月球軌道出發，于8月25日飛抵日地拉格朗日L2點，成為我國首顆人造小行星 ， 并創造了我國航天器遠離地球170萬千米的記錄 ， 接近了我國此前地面測控能力的極限 。
航天器深空飛行的關鍵是地面測控能力，簡單地說取決于測控天線的尺寸 。無線電信號會隨著距離的變大而變得微弱，因此地面對遠離地球的深空航天器進行測控、聯絡時要采用盡可能大的收發天線 ， 以捕捉到深空航天器傳回的微弱信號 。
我國一開始用喀什和青島的兩個18米直徑天線對嫦娥二號進行跟蹤測控 。隨著喀什35米直徑和佳木斯66米直徑測控天線的建成 ， 我國科學家決定再接再厲 ， 讓嫦娥二號繼續發揮余熱，執行飛掠4179號圖塔蒂斯小行星的任務 。2012年6月1日，嫦娥二號從L2點附近的李薩如軌道出發，開始中國航天史上最遠的一次長征 。探月工程總體組織了相關單位，集中國內多臺望遠鏡，精確測定了圖塔蒂斯小行星的軌道，并在喀什、佳木斯兩個大型深空測控站和上海65米直徑天線的甚長基線干涉測量站聯合支持下 ， 嫦娥二號最終于2012年12月13日16時30分 ， 與圖塔蒂斯小行星以10.73千米/秒的相對速度在3.2千米距離上檫身而過，并使用CMOS監視相機為圖塔蒂斯小行星拍攝了最高分辨率10米的高清圖像 。嫦娥二號拓展任務的成功，檢驗了我國的深空測控能力，為我國未來的深空探測尤其是小行星探測活動奠定了堅實的基礎 。
嫦娥二號飛過4179圖塔蒂斯小行星后剩余推進劑很少，能提供的速度增量不到10米/秒，無法再有效執行其他任務 。但作為一個軌道參數與地球不同的人造小行星，嫦娥二號與地球的距離繼續不斷增加，先后突破2000萬、3000萬和5000萬千米，根據2013年9月下旬國際宇航大會上公布的消息，嫦娥二號與地球的距離已經超過了5400萬千米 。按現有軌道分析，到2014年7月，嫦娥二號與地球距離有望擴大到1億千米，當它飛過日地拉格朗日L3點附近時，星地最大距離可達到約3億千米 。預計約24年后嫦娥二號將再次重返地球，不過那時它將在700多萬千米外掠過地球，肯定無法繼續聯系了 。
作為嫦娥一號的備份星 ， 嫦娥二號圓滿完成了先導任務 ， 又在深空探測拓展任務中大放異彩，在我國深空探測史上寫下了光輝的一頁 。
從嫦娥一號的備份“半路出家”到給嫦娥三號打前站，再到如今成為中國有史以來發射的旅程最遙遠的深空探測器，嫦娥二號的華麗轉型證實了中國航天已經初步具備了向外太空發起挑戰的可靠技術實力 。
隨著中國外太空探索項目的不斷深入，有理由相信，未來，在太空中出現繪有中國國旗的行星際探測器，甚至類似美國旅行者號那樣的星際飛船，并非是遙不可及的 。
嫦娥三號：中國最復雜的航天器
2008年，嫦娥三號月球軟著陸探測器工程正式立項，經過將近5年的研制于2013年8月底出廠，并在9月中旬租用安124大型運輸機運抵西昌 ， 開始在西昌衛星發射中心進行發射前的最后檢查工作 。
嫦娥三號包含著陸器和月球車，總重量高達3.7噸 。在復雜性上位居中國航天器之冠 。
嫦娥三號的任務簡介
在嫦娥三號立項的同時，日本和印度也啟動了月球軟著陸探測計劃，輝夜姬-2和月船二號都曾預定2013年前后發射，但輝夜姬-2由于預算不足已將發射推遲到2018年，月船二號由于俄羅斯無法及時提供著陸器，印度不得不轉而自行研制，也要推遲到至少2017年 。同期Google公司提供資金啟動了Google Lunar XPRIZE的探月活動，但目前仍在參與的25個小組沒有一個能在2013年進行發射 ， 甚至未必有人能在已經2015年的最后期限前進行登月 。除了亞洲三國官方項目和Google的商業競賽隊伍，俄羅斯和歐空局也計劃未來發射月球著陸探測器，尤其是俄羅斯也將再次進行“繞落回”三階段月球探測 ， 新一輪的月球探測浪潮正在如火如荼的展開 。
我國探月工程二期的總體目標是實現月球表面的軟著陸，并釋放月球車進行自動巡視勘察工作 。嫦娥三號作為探月工程二期的核心，由一個著陸器和一個月球漫游車組成，總質量約3.7噸 ， 將由長征三號乙增強型火箭發射直接打入地月直接轉移軌道 ， 在月球上空100千米處進行近月捕獲機動，進入100千米高度的圓形繞月軌道 ， 隨后變軌進入15千米X100千米高度的橢圓軌道，并在15千米的近月點減速進行軟著陸操作 。嫦娥三號軟著陸后，著陸器和漫游車將聯合進行一系列探測任務，更深入的了解月壤和巖石等地形地貌和地質構造信息，為后續三期工程的月球取樣返回探測器積累數據和經驗 。
嫦娥三號在設計上要比基于DFH-3通信衛星平臺的嫦娥一號和嫦娥二號月球軌道器復雜得多，堪稱我國迄今為止設計制造的最復雜、技術難度最大的航天器之一 。突破月球軟著陸技術是嫦娥三號的核心任務之一 ， 為了實現成功落月，嫦娥三號探測器借鑒了美蘇過去幾十年里月球軟著陸探測的經驗教訓 ， 根據我國技術和工程能力做了精心的設計 ， 在軟著陸發動機以及制導導航與控制技術方面可謂煞費苦心 。
阿波羅飛船登月艙，嫦娥三號雖然不具備返回功能，但在任務復雜性上已經大大超過了以往的國產航天器 。
前蘇聯月球16號登月探測器模型 ， 第一個具備返回能力的地外無人探測器 。
熱測試時拍攝的嫦娥三號，著陸器底部可見主發動機噴口，發動機具有1500~7500牛變推力功能，滿足落月過程中精確控制的需要 。
嫦娥三號裝有先進變推力發動機
嫦娥三號的軟著陸，首先要提到的是它的動力系統 。不同于嫦娥一號和二號使用的固定推力的490牛發動機，嫦娥三號使用了先進的大推力變推力發動機 。這一方面是由于嫦娥三號質量大增，單臺490牛發動機無法支持探測器的垂直降落，但更主要的是為了靈活調節在軟著陸下落過程中的推力 。嫦娥三號使用了我國航天動力研究院專門研制的1500~7500牛變推力發動機作為推進系統的主發動機，這臺變推力發動機不僅用于嫦娥三號的軟著陸任務，還將用于完成嫦娥三號直接奔月軌道飛行期間的中途修正、近月制動和變軌任務 。
按照預定程序 ， 嫦娥三號在100千米高度圓形繞月軌道運行數圈穩定狀態后，變推力發動機將擇機點火，使嫦娥三號減速進入100千米×15千米橢圓形軌道，但嫦娥三號在15公里近月點時仍有高達1.6千米/秒的高速度 。所以變推力發動機在15千米近月點要再次點火，并進行較長時間的持續工作，將嫦娥三號的水平速度快速降低，當嫦娥三號高度降低到2千米左右時，其水平速度將降低到0千米/秒 。隨后，姿控發動機將嫦娥三號姿態從底部朝前調整為底部朝下，開始進入垂直受控下落階段 。嫦娥三號將在變推力發動機的反推下逐漸下落，在距離月面100米高度進行懸停 ， 通過星載的著陸相機拍攝月面地貌，智能選取合適的著陸場區 。嫦娥三號最后下降到4米高度后，變推力發動機先將垂直速度降低到0米/秒 ， 隨后關機，嫦娥三號以自由落體降落在月球表面 。
可見 ， 嫦娥三號的軟著陸過程非常復雜 ， 變推力主發動機在其中起到了至關重要的作用，是嫦娥三號研制的主要難點之一 。
嫦娥二號任務時拍攝了分別率達1.3米級的月球虹灣區三維影像，為嫦娥三號的著陸任務落點選擇提供了很大幫助 。
嫦娥三號可智能自主選擇著陸區
嫦娥二號拍攝了虹灣地區1.3米分辨率的高精度影像 ， 為嫦娥三號的落區選擇提供了很大幫助，但這還遠不能保證嫦娥三號的成功落月 。因此，嫦娥三號探測器還攜帶了測速測距雷達、降落相機、激光測距儀等探測設備，配合先進的導航控制系統 ， 確保軟著陸過程的安全 。按照設計要求，嫦娥三號要具備識別8度以上陡坡的能力 ， 并識別高度大于0.2米的凸起物，據此避開崎嶇月面選擇一塊大于10米X10米范圍的安全落區 。
根據避障要求，嫦娥三號下落過程中還要進一步細分飛行階段，其中距離月面2千米到100米的接近段，屬于粗略障礙檢測和規避階段，嫦娥三號上的著陸相機將拍攝預定登陸地區，避開大塊不平坦的地形和較大的障礙物 ， 選擇邊長100米以上范圍的安全著陸區域 。100米到30米高度，屬于精細避障下落階段，這個階段將先在100米高度懸停，垂直拍攝分辨率更高的影像，據此選擇安全的著陸地點，隨后向選定的著陸點移動 。30米高度以下為慢速下降段，嫦娥三號探測器將緩慢下降 ， 最后由星載的伽馬射線高度計在預定高度給出關機信號，最后自由落體降落到月球表面 。
按照設計要求，嫦娥三號與月面接觸時，水平速度要小于1米/秒，探測器垂直方向姿態與重力方向夾角小于3度 。
嫦娥三號攜帶的月球車，為保證月球車在月面夜間的極端低溫中不被凍壞，月球車上安裝了同位素熱源用于夜間內部設備恒溫 。
月球車可探測月表下100米深度結構
【中國探月工程：嫦娥一號、嫦娥二號和嫦娥三號】在著陸后，嫦娥三號探測器將由著陸器和月球車聯合進行科研考察，其中著陸器攜帶7臺科學儀器，月球漫游車攜帶8臺儀器，著陸器和月球車將聯合對著陸區附近地形地貌和地質構造進行詳查 。嫦娥三號著陸器攜帶的載荷包括全景相機、降落相機、工程載荷、月壤探測儀、近紫外望遠鏡和極紫外望遠鏡等設備，其中近紫外望遠鏡將用于開展月基天文研究 ， 也是國際上首次使用月基望遠鏡對重要天體光變進行長期連續監測，它還將用于對銀河系進行成像，成像素材不僅用于科研 ， 還將用于天文科普教育工作 。著陸器上的極紫外相機將用于監測地球的電離層，探測地球環境的變化，這樣的科研觀測同樣是國際首創 。
嫦娥三號的月球車具有最大爬坡30度、最大越障0.25米的能力，它將在著陸器3平方千米范圍內活動，最長行走距離可達10千米左右 。月球車具備信號發射能力，探測到的月球數據既可通過著陸器轉發 ， 也可直接由月球車發回地球測控站 。月球車攜帶的載荷包括全景相機、測月雷達、粒子激發X射線譜儀和紅外光譜儀等探測設備，利用全景相機它可以識別前方3米的地貌，不僅用于完成地貌探測任務，還可作為地形數據用于巡視器的自動拐彎、自動避障和自動導航操作 。尤其是巡視器還安裝了超寬帶測月雷達可對月表一下100~200米深度的地下結構進行探測，這是月球探測史上的創舉，將對月球次表層探測工作做出中國獨有的貢獻 。
由于月球晝夜長達17天，漫長的月夜可讓月面溫度降低至零下183度 。為了讓月球車能渡過如此苛刻的嚴寒，我國科學家還在月球車上安裝了放射性同位素熱源，以維持一定溫度保證月球車不被“凍僵”，能在月夜結束后“喚醒”繼續工作 。這是我國首次將核能用于航天器 。
美國好奇號火星車降落時，軌道上的火星偵察軌道器實時拍攝著陸的震撼場面 。對公眾來說是非常好的宣傳 。
中國航天還應注意公眾公關
嫦娥三號不僅是我國迄今為止設計最精密復雜的航天器，它還是人類自1976年蘇聯Luna 24探測器以后發射的第一個月球軟著陸探測器 。無論是平臺本身、還是所搭載的科研探測儀器，嫦娥三號都可以說是現有最先進的月球探測器 。
但嫦娥三號的缺點在于過于實在，不設軌道艙，就無法拍攝其落月時復雜而精彩的機動過程 ?；舜罅庾龅绞澜绲谝?nbsp;， 卻無法充分表現出來，這未免過于吃虧 。月球探測、深空探測目前仍缺乏實際意義，所以外國此類項目都非常注重宣傳，拍下大量精美圖片及視頻，以激發公眾對外太空探索的熱情，最大限度爭取支持 。前述日本輝夜姬2和印度月船二號落月探測器就都設置了軌道艙 。
所以，中國航天還應注意改變埋頭搞科研的傳統思路，才能在社會思潮多樣化的今天爭取更多公眾支持 。
從著嫦娥三號的配置上看 ， 其他宇航先進國家有的技術，嫦娥三號上都不缺，而且中國工程師們還為嫦娥三號增加了一些前人沒有從事過的任務 。作為冷戰結束后多年來首個造訪月球表面的航天器，中國航天界算是交出了一份令人滿意的答卷 。
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