我国探月工程技术发展综述

我国的探月工程,在2020年前分“绕、落、回”三步实施。本文以我国探月工程各次任务为脉络,针对目前已经完成的“嫦娥1号”“嫦娥2号”“嫦娥3号”及“嫦娥5号”高速再入试验任务,简述了工程和科学目标,介绍了实施效果,总结了主要技术成就。在此基础上,展望了探月工程未来的发展趋势,给出了月球后续任务的总体思路和框架。     

中国探月工程前景广阔

2007年10月24日,中国成功发射了第1个月球探测器--嫦娥-1月球探测卫星,并于11月26日正式公布了所拍摄的月面图像,这标志着中国首次绕月探测工程取得圆满成功.它成为继人造地球卫星、载人航天之后,中国航天第3个里程碑.     

撩开“嫦娥”的面纱——专访“嫦娥一号”探月卫星总设计师兼总指挥叶培建

2003年11月本刊在全国媒体中率先刊登了中国空间技术研究院月球探测卫星工程论证组的文章《嫦娥工程——中国的绕月探测工程》，首次向国人披露了我国的探月计划．立即引起社会的广泛关注，一转眼两年时间过去了．随着“神舟”六号飞行的圆满成功，人们有理由把目光更多地集中到祖国的航天事业上来。那么．“嫦峨”工程进展如何？什么时候我国的飞行器光临月球，日前，本刊记者带着大家关心的问题，采访了中国科学院院士、“嫦娥一号”月球探测卫星总设计师和总指挥叶培建先生。[编者按]     

嫦娥一号卫星奔向月球拉开我国探月大幕

10月24日,在党的十七大刚刚胜利落幕之际,我国自行研制的第一颗月球探测卫星——"嫦娥一号"由长征三号甲火箭成功发射升空并进入预定轨道,成为神州大地上又一举世瞩目的大事。     

我国探月工程运载火箭选型问题探讨

□□2000年11月，我国国务院发表的《中国的航天》白皮书中提出，我国近期（2010年前后）的航天发展目标之一是“发展空间科学，开展深空探测”。如何落实这一目标，两年多来部分中科院的科学家、航天界的专家进行了研讨，比较一致的意见是应该从月球探测开始，即将月球探测作为我国“开展深空探测”的第一步，它必然也会成为中国航天新的里程碑。为了实现中华民族千百年来“嫦娥奔月”的美丽梦想，必须要有“天梯”，而最理想的“天梯”就是现代运载火箭。作为我国最基本的现代空间设施之一的“长征”（CZ）系列火箭，其众多型号经过适应…     

MBSE发展趋势与中国探月工程并行协同论证

中国月球探测面临新发展态势,给月球探测任务的规划论证、总体设计、系统研制和在轨探测等提出了更高要求,当前基于模型的系统工程、并行工程等新方法及新手段受到广泛关注。本文从MBSE（基于模型的系统工程）流程、方法、工具及应用层面对MBSE的现状进行研究,分析其发展趋势。结合中国探月工程任务需求和面临的挑战,设计中国探月工程基于模型的并行协同论证框架,论述了基于依赖图的跨专业、层级、地域的模型一致性维护和基于OSLC（面向生命周期协作的开放服务）的一体化协同论证环境构建等技术方案。通过国际月球科研站的论证设计开展初步应用验证,实现多岗位角色的协同论证,为探月工程全面推进基于模型的系统工程实施提供参考。     

世界各国探月计划揭秘

在2003年10月神舟五号载人航天飞行取得圆满成功后,中国提出了探索月球的“嫦娥工程”。在中国的刺激下,美国迫不及待地在2004年1月宣布了雄心勃勃的登月计划——在2015年到2020年间再度登上月球,并在月球上建立永久性人工站。随后俄、欧、日、印也先后提出了探月计划。     

栾恩杰：“嫦娥”探月工程欢迎香港台湾科学家参与

据香港文汇报报道，国家绕月探测工程总指挥栾恩杰赴港前接受该报专访时表示，以“嫦娥”命名的国家绕月探测工程，也是向海内外科技界开放的工程。香港科学家对探月工程抱有极大的热情，其中许多人已经在航天领域做了有益的工程试验和科学探讨，此次赴港交流也是为了加深了解、加强合作，探月工程随时欢迎香港科学家参与。同时，也欢迎台湾科学家的参与。     

勇敢的跨越——运载探月卫星的火箭——“长征”三号甲研制回顾

月球探测工程目前正在紧锣密鼓地进行着，“嫦娥一号”卫星离发射的时间越来越近了，作为“嫦蛾一号”的运载火箭，“长征”三号甲也更加引起人们的注意。下面让我们一起来回顾“长征”三号甲火箭的研制过程。     

四大相机记录探月精彩瞬间

"嫦娥二号"作为我国探月工程二期的先导星,肩负着验证部分关键技术,降低后续工程风险的重任。为此,工程研制人员除了为"嫦娥二号"卫星配置了清晰度更高,性能更好的CCD立体相机外,还特意为"嫦娥二号"打造了一套"全方位、多角度"的监视相机系统,用以密切监视卫星在奔月及环月飞行期间,星上重要设备的工作情况,并在卫星飞抵月球     

月球粒子辐射环境探测现状

月球表面没有磁场的保护,粒子辐射是人类在月球活动的重要风险要素。概述了月球的辐射环境以及辐射来源,并介绍了月球探测的现状,特别提及了近年来几个较为典型的月球辐射探测实例及其探测结果;介绍了我国“嫦娥4号”上搭载的月表中子与辐射剂量探测仪（Lunar Lander Neutron&Dosimetry,LND）的科学目标及其技术指标。LND的科学目标主要包括：载人登月辐射剂量的测量、月球南极艾特肯盆地水含量的测量、艾特肯盆地FeO含量的测量,以及为日球层科学的研究提供依据。     

近月空间带电粒子环境——“嫦娥1号”“嫦娥2号”观测结果

“嫦娥1号”（CE-1）、“嫦娥2号”（CE-2）都安装了1台太阳高能粒子探测器（High-energetic ParticlesDetectors,HPD）和2台太阳风离子探测器（Solar Wind Ion Detectors,SWIDs）,进行了月球轨道200 km和100 km空间环境探测,获得了月球轨道空间高能带电粒子（质子、电子和重离子）能谱随时间的演化特征、等离子体与月球相互作用特征以及太阳风离子速度、密度和温度参量。空间环境探测数据分析结果表明：太阳活动低年、空间环境扰动水平相对较低、月球处于太阳风中时,近月空间带电粒子环境的基本特征与行星际空间相比变化不大。CE-1、CE-2在轨运行期间,发现了多起0.1～2 MeV能量电子急剧增加事件,这些事件发生在月球从太阳风运动到磁尾的所有空间区域,其中20%的事件伴随着卫星周围等离子体离子加速。模拟和统计研究表明：能量电子急剧增加使得绕月卫星和月球表面电位大幅下降导致了离子加速现象的发生;能量电子总流量大于10¹¹ cm^-2时,绕月卫星和月球表面充电电位可达负的上千伏。此外,月表溅射与反射太阳风离子、太阳风“拾起”离子等空间环境事件的发现,揭示了太阳风离子和月球存在复杂的相互作用过程。     

嫦娥工程技术发展路线

月球是距离地球最近的天体,以其独特的空间位置、广阔的科学探索前景,成为人类地外天体探测和资源利用的首选目标和持续选择。简要总结世界各主要航天大国的探月发展历程和后续计划,详细介绍了我国探月工程(嫦娥工程)"绕""落""回"三步走的发展思路和技术路线,分析了后续的发展方向,提出了2030年前月球机器人科研站任务设想。     

从日地系统L2出发借力月球飞越近地小行星

对于停留在日地系统L2的“嫦娥2号”探测器,其后续飞行方案有多个选项,例如主动撞月或重返月球轨道、返回地球轨道或再入大气、飞往地月系统L1/L2或日地系统L1、进入深空飞越近地小行星(最终,“嫦娥2号”于2012年12月13日成功地实现了对Toutatis小行星的近距离飞越)。探讨上述的飞行方案需要对飞行轨道进行初步设计,总的速度脉冲限制在100 m/s以内并且需要考虑探测器同时受到太阳、地球、月球的引力作用。本研究设计了探测器从日地系统L2出发借力月球实现Toutatis小行星飞越的飞行方案,与直接飞越方案相比,借力月球可以进一步节省探测器的燃料消耗,其等效速度脉冲设计值为58.47 m/s。     

“嫦娥4号”中继星任务分析与系统设计

作为"嫦娥4号"任务的重要组成部分,中继星将为着陆器和巡视器提供中继通信支持。不同于其它月球探测器,中继星首次选择了绕地月L2平动点运行的晕(Halo)轨道以保证对月球背面的着陆器和巡视器提供连续的中继通信服务,面临诸多技术挑战。在对中继星任务特点进行分析的基础上,梳理了研制中的技术难题,包括使命轨道的选择、使命轨道的到达和长期维持、中继通信体制选择等,并提出了解决方案。中继星的总体设计方案概述也在文中给出。     

一种探月任务多窗口发射轨道设计方法

针对探月任务多窗口发射需求和目标轨道受到明显月球引力摄动的特点,提出一种快速高效的发射轨道设计方法：在星箭分离前的发射段,各发射窗口对应的发射轨道的一、二级飞行段完全相同,仅调整三级工作段程序角和无动力滑行时间,以满足入轨要求;在末级排放段,微调末级速度方向,利用月球摄动抬高末级近地点高度,使之超过GEO受保护区。该方法可统一火箭一、二级飞行段状态,缩小子级残骸落区范围,增强入轨参数设计的灵活性,显著提高星箭入轨参数迭代和相关分析工作的效率,明显改善末级离轨效果,符合空间安全相关要求,可推广应用于其他深空探测任务的多窗口发射轨道设计。     

中国月球探测器的成就与展望

全面而简要地回顾了国内外月球探测的发展历程,介绍了中国月球探测器的工程研制和飞行任务实施情况,总结了中国月球探测器取得的技术成就和科学成果,展望了中国月球探测器的未来发展。     

中国月球及深空空间环境探测

深空探测承载着人类航天技术发展、探索宇宙奥秘和寻找地外生命及人类宜居地的重任,成为各航天大国关注的热点。我国月球与深空探测虽然起步晚,但起点高,正在追赶并将实现领先。简要回顾了我国月球及深空空间环境探测的载荷情况、数据结果、理论和应用研究成果,简述了当前在研的自主火星空间环境探测目标以及规划中的未来深空探测任务,并根据当前国际发展态势,及我国在研、规划中的月球及深空探测任务情况,分析了我国月球及深空空间环境探测的关键科学问题、载荷技术发展趋势、理论与模拟的研究需求,最后对深空环境探测进行了展望。     

面向绕月交会对接的同波束VLBI研究

针对"嫦娥5号"(CE-5)探测器间高精度相对测量需求,设计了我国深空干涉测量处理中心框架下的同波束VLBI处理算法,分析了X波段同波束VLBI相位解模糊条件和结果;通过引入群时延辅助的相位干涉技术,大幅抑制了干涉时延随机误差,为同波束VLBI中相位解模糊提供了先验条件;利用CE-5对接实测数据验证了本文工作的有效性,为CE-5任务同波束VLBI的实施奠定了基础。     

藏匿在冯·卡门坑南部下方的月球质量瘤

月球着陆探测的候选着陆区域的质量异常分布,预示着对应区域发生过复杂的动力学演化过程,存在着异常丰富的物质组成。对月球的质量异常分布或重力场异常的探测是基于绕月卫星重力探测方法获取的,结合“嫦娥1号”月球探测获得的月球重力场异常模型与地形探测模型的数据,分析揭示存在于月球背面的质量瘤区域,研究结果表明：使用多次任务的数据首次证认了一个位于中尺度撞击区域,冯·卡门（Von Kármán）撞击坑的南半部和边缘的正下部的质量瘤,暂定编号CEFC04,冯·卡门撞击坑是该区域形成后,又一次大型撞击产生的。这类显著的被藏匿的中尺度月球质量瘤的发现,对探测研究月球的演化有重要意义。