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嫦娥三號：比《地心引力》更牛的科普大戲

神秘

據中國青年報：將實現我國“落月”任務的嫦娥三號已整裝待發 。11月26日，國家國防科技工業局舉行了嫦娥三號任務第一次新聞發布會，對外稱嫦娥三號“進展順利”，12月上旬擇機發射 。
此前一周，好萊塢大片《地心引力》殺進中國，華麗的3D特效，太空“漫步”、近地軌道俯瞰地球和太空的別樣美景 ， 以及神舟、天宮等鮮明的中國元素，讓國人提前享受了次太空之旅 。然而，挑剔的觀眾很快發現片中的諸多硬傷：失重條件下，宇航員長發沒有漂浮、衛星碎片飛行方向錯誤，等等 。
相比之下，曾在今年6月份給人印象頗深的天宮太空授課，則讓人們對中國航天尤其是嫦娥三號“落月”這一真實的探索之旅充滿期待 。探月工程副總指揮李本正對中國青年報采訪人員說，一旦嫦娥三號任務成功，其返回來的影像，將把月球的概貌、環境介紹得更為翔實，可讓孩子更直觀地認識月球、太陽系乃至更多深空 。
《地心引力》只是碰上了小概率災難，探月才充滿風險
《地心引力》被一些人解讀為航天災難片，其中一顆衛星被炸所致的太空碎片是這一災難的始作俑者——每隔90分鐘來一場“流星雨”式的襲擊 ， 大凡近地軌道的太空站、載人飛船、航天飛機幾乎都難幸免于難 。
然而，這一災難的緣由在現實航天活動中只是小概率事件 。航天專家、《國際太空》雜志執行主編龐之浩在接受中國青年報采訪人員采訪時說 。
現實中曾維修過“哈勃”太空望遠鏡的是“阿特蘭蒂斯”號航天飛機 。根據當時的計算結果，阿特蘭蒂斯號執行維修任務期間遭太空碎片“災難性撞擊”的幾率約為1/185 。對于執行飛往國際空間站任務的航天飛機來說，這一幾率通常為1/300 。美國宇航局統計顯示，“哈勃”自1990年升空以來 ， 尚未因為太空碎片的撞擊而遭受嚴重損傷 。
【嫦娥三號：比《地心引力》更牛的科普大戲】相比之下，像嫦娥三號這般肩負“落月”任務的探月工程才是真正的高風險 。
李本正說，據其掌握的資料統計 ， 截至目前，不包括嫦娥三號，世界上共進行了129次月球探測活動，其中，美國59次，蘇聯64次，日本和中國各兩次，歐空局和印度各1次 。以上共成功或基本成功66次 ， 失敗63次 ， 成功率僅有51% 。
另一個對高風險的直觀認識，可依據“工程環節、零部件多與少”判斷 ?？破兆骷摇⒅袊萍拣^副研究員趙洋告訴中國青年報采訪人員，環節越多，可靠性越差 。
一架航天飛機需要數百萬個零部件，假設每個零部件的可靠性是99% ， 兩個零部件的可靠性就是兩者可靠性相乘的結果，約為98% 。以此類推，零件越多，可靠性越?。?也因此有了“美國不再發展航天飛機因其可靠性差”的說法 。
至于嫦娥三號 ， 其具體可靠性數據尚不得而知，但究其環節而言 ， 趙洋說，運載火箭將嫦娥三號探測器直接送入地月轉移軌道，探測器在軌飛行幾天，近月制動將被月球捕獲 ， 進入環月圓軌道，運行幾天后，嫦娥三號變軌進入橢圓軌道，再經過一段時間即可實現“落月” 。其后，巡視器（俗稱月球車）將從著陸器里“走”出來，并完成在月面上的巡視，如此算下來 ， “落月”任務比單純的“繞地”任務多的“不只一個兩個環節” 。
盡管有著高風險 ， 探月工程依然需要“勇敢”地開展 。龐之浩說，在沒有大氣層的月球上，可以不間斷地進行天文觀測，加之月球上的重力只有地球的1/6，以及其自轉與公轉周期相同等因素，在月面上可以持續進行約14個地球日的夜間觀測 。
這也就是為什么月球被稱作最佳科研場所的原因 。用“嫦娥之父”、中國月球探測工程首席科學家歐陽自遠的話說 ， “月球上不僅礦產資源和能源豐富，而且月球也是人類征服太陽系、開展深空探測的前哨陣地和轉運站 ?！?br /> 近地軌道“中國拯救了世界”，但深空探測中國尚屬第二集團
在《地心引力》里，主人公最后的救命稻草是中國的“神舟飛船”，當影片里開始頻頻出現“神舟”、“天宮”時，不少影院里的觀眾開始唏噓 ， 也有人在網上戲謔道 ， “中國又一次拯救了世界 ?！?br /> 但從現實的航天環境來看，這種情節的聯想并非完全臆造 。龐之浩說，近地軌道上的載人航天器主要分為空間站、載人飛船和航天飛機，而后者由于失事過多已經停止使用，加之空間站不具備天地往返能力 ， 故載人飛船成了唯一能夠“扭轉”女主人公命運的航天器 。而到目前為止，全世界已經具備自主載人航天能力的國家只有俄、美、中三國 。
不過，這只是近地軌道的太空世界，在深空探測即脫離地球引力??，进入太鸭c悼占浜陀鈧嬋占淶奶講飭煊? ，中國航天的位置又是如何呢？
“人類共進行了上百次月球探測、42次火星探測和40次金星探測 。與先進國家相比，中國在科學認識和相關技術上還有較大差距 ?！睔W陽自遠告訴采訪人員 。
眾所周知，人類探索、開發和利用月球的活動 ， 可概括為，探月、登月和駐（?。┰氯黿錐?。龐之浩說，美國人已經完成了前兩步；蘇聯人完成了第一步；中國則和歐洲航天局 ， 日本、印度一起，同屬第二集團，正在完成第一步，而這一步又分“繞”、“落”、“回”三小步，探月的第二集團現都完成了第一小步——繞月，并均準備實現第二小步 。
對于這一步，目前，全球僅有美國、蘇聯成功實施了13次無人月球表面軟著陸；只有美國實現了載人登月，蘇聯開展了兩次月面無人巡視探測任務 。
這意味著，如果嫦娥三號落月順利實現，中國將在世界探月的第二集團中領先一步 。龐之浩評價 。
然而，不管是嫦娥一號的“撞月”，還是嫦娥三號的“落月” ， 其所處的世界探月環境都頗不寧靜，用龐之浩的話說即“趕上了競爭最為激烈的探月高潮期 ?！?br /> 上世紀50年代末到70年代初，人類曾掀起第一輪探月高潮，主角是原蘇聯和美國 。但后來，兩國分別因為不同的原因，停止了探月活動 。
從1976年到1994年，被歐陽自遠稱為“寧靜思考期” 。期間，僅有日本發射了一次探測器 。
最近一次高潮就是當下，以2003年歐洲航天局成功發射“智慧1號”為起點，這是21世紀人類發射的第一個月球探測器，2009年6月，美國兩個月球探測器升空 。
11月5日，就在中國的嫦娥三號運載火箭赴西昌發射場后的一周，印度發射了首顆火星探測器，將目光投向比月球更遠的深空 。而按照計劃，印度今年還將發射由該國和俄羅斯共同研制的“月船2號”探測器 。針對月球競爭之激烈可見一斑 。
“嫦娥”和“玉兔”將度過的每一道難關都是科普大餐
其實，不必對一部科幻片苛求太多，趙洋說，通過電影，能讓青少年對太空產生興趣足矣 。而現實中的嫦娥三號及其整個作業過程，才是一場更“真實”且“經得住刨根問底”的科普大戲 。
國防科工局對外稱，嫦娥三號任務需突破地面試驗驗證，多窗口、窄寬度準時發射，月面軟著陸 ， 兩器分離，月地間遙操作，月面生存，測控通信等七大關鍵技術 。在趙洋眼中，其中每一項關鍵技術，都是一道豐盛的科普大餐 。
以月面軟著陸為例，由于月球上沒有大氣層，嫦娥三號的“落月”無法像《地心引力》里被一團火焰包裹著的神舟飛船那樣“落地”，只能依靠科研人員采用的變推力發動機、自主導航控制技術和研發緩沖吸能部件來實現“落月” 。
這其中運用到的原理就有中學生物理課本涉及的“相對運動”，以及“作用力與反作用力”，趙洋說，“看似和我們很遙遠的‘嫦娥’ ， 那樣一個龐然大物，對孩子們而言，也可以通過自己所熟知的科學理論，來拉近彼此的距離 ?！?br /> 在人們的想象中，“玉兔”號漫步虹灣，是件十分浪漫的事情 ， 但現實的環境是，月球晝夜溫差達330℃，而“玉兔”走得也遠比人們想象得慢，時速僅約200米 。
這就是月面生存問題，必須保證在寒冷的月夜下著陸器和探測器不被凍壞，太陽出來時再自動喚醒開始工作 。
從國防科工局對外發布的信息看，“玉兔號”月球車利用導熱流體回路、隔熱組件、散熱面設計、電加熱器、同位素熱源 ， 可耐受330℃的溫差 。其中一個關鍵的內容就是“同位素熱源”，而這“拗口”的專業術語在中學階段的課本里也有體現，即“放射性同位素” 。
趙洋說 ， 嫦娥三號所攜帶放射性同位素電池的熱源就是放射性同位素，放射性同位素在衰變過程中會不斷向外放出具有熱能的射線 。由于其衰變時間很長 ， 也決定了放射性同位素電池可長期使用 。
一旦踏上月球，人們還要習慣使用天文單位 。趙洋告訴采訪人員 ， 以地月38萬公里的距離來計算，光速距離不到兩秒鐘，但就在這么“短短”的天文單位里 ， 如何讓“玉兔”號行走，即實現月地間遙操作 ， 將用到包括人工智能、計算機、電子學等在內的多個領域的原理 ， 這些都值得中學生關注 。
雖然現實中的航天活動，無法像電影那樣過多展現太空美景和驚心動魄的生死情節，但在趙洋看來，對中國青少年的科普，點燃興趣只是第一步，如果知其然而不知其所以然 ， 則只是一場娛樂而不能稱之為科普 。從這個角度來說，嫦娥三號這場科普大戲很值得期待 。