探月副总师详解未来深空探测:有必要全面探测八大行星吗

投稿时间:2020-06-27  消息来源:  提交者:映梦

今年6月,中国三位探月领域科学家荣获国际宇航联合会最高奖——“世界航天奖”。这是国际宇航联合会创立70年以来,首次将这一奖项授予中国科学家。uby蔷薇网

这三位中国科学家分别是中国探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁,中国探月工程副总设计师、中国航天科技集团有限公司科学技术委员会副主任于登云,嫦娥四号任务探测器系统总设计师、航天科技集团所属中国空间技术研究院研究员孙泽洲。uby蔷薇网

获奖之后,于登云近日接受新京报记者专访,解读了嫦娥四号工程所获得的工程与科研意义,并前瞻了计划今年实施的嫦娥五号月球采样返回和首次火星探测任务。uby蔷薇网

据他介绍,嫦娥五号技术方案最大亮点,是在月球轨道自主进行多次分离和交会对接,这也将为载人登月做一定的技术验证。而我国首次火星探测,将一次实现“绕落巡”三个步骤,属于全球首次。未来,我国还计划在月球南极建设无人科研站,并对木星、小行星等开展探测。uby蔷薇网

探月副总师详解未来深空探测:有必要全面探测八大行星吗

2016年,中国发布首个火星探测器外观,该探测器今年被命名为“天问一号”,计划下月发射。图/中国探月工程办公室uby蔷薇网

嫦娥四号:玉兔二号尽量走得更远uby蔷薇网

三位中国科学家摘得世界航天奖,是嫦娥四号任务在全球科学界激发的又一轮涟漪。uby蔷薇网

2019年1月3日在月球背面软着陆以后,嫦娥四号不断带来关于月球背面第一手的科学发现,中国科学家将这些成果第一时间与全球分享。uby蔷薇网

据中国探月工程办公室消息,登月500多天以来,嫦娥四号已晋升“最长寿”的月面探测器。这次任务取得了大量科研成果,例如首次揭示了月球背面着陆区域地下40米内的深度地质分层结构,揭示了月球背面着陆区域的物质组成,加深了人类对月球形成与演化的认识等。uby蔷薇网

其中,巡视器玉兔二号已经在崎岖坎坷的月背行走447.68米,获得了大量探测数据。例如,支撑科学团队获取了着陆区月壤的精细光谱,推动对着陆区月壤演化的研究。uby蔷薇网

不过,最近一段时间,玉兔二号暂时停下了轮子。在第十八月昼期间,为了配合我国首次火星探测地面深空测控站的适应性改造,玉兔二号主动让路,原地待命。uby蔷薇网

令人好奇的是,玉兔二号未来还要往哪儿走、走多远?uby蔷薇网

于登云说,这取决于两方面因素:哪里有科研价值,以及哪里的路好走。“科学家认为需要去哪里探测,会跟工程人员提出需求,我们再根据工程可实现性来判断。”他说,月球背面比正面地形更加崎岖,坑坑洼洼,有时相当于在两边是悬崖峭壁的山脊上行驶,“稍微不注意,轻则翻车,重则要摔下悬崖。”uby蔷薇网

作为首个在月球背面巡视探测的月球车,孤独的玉兔二号正离着陆器越来越远,后者相当于其“母港”,玉兔二号正是被着陆器释放,从而驶上月面的。玉兔二号最终能在月背留下怎样的行驶记录,广受公众关注。uby蔷薇网

于登云说,科研人员并没有定一个要跑多远的目标,希望它能跑多远就尽量跑多远。但首先是要稳妥,只有安全了才可能去做科学家希望它做的事。在保证安全情况下,希望尽量做得更多一点,走得更远一点,探索到更多数据。uby蔷薇网

探月副总师详解未来深空探测:有必要全面探测八大行星吗

2019年1月,玉兔二号巡视器驶上月球表面,嫦娥四号着陆器地形地貌相机为玉兔二号拍了一张近距离照片。图/中国探月工程办公室uby蔷薇网

嫦娥五号:最大亮点是月球轨道交会对接,为载人登月验证技术uby蔷薇网

本世纪初,我国制定了到2020年要实现的探月“三步走”规划,即“绕落回”,嫦娥五号是最后一步。根据规划,嫦娥五号任务将于今年年底实施。uby蔷薇网

飞向月球并着陆,这是我国已经具备的能力。这次任务的重点,在于采集样品,并且在另一个星球上点火起飞,最终返回地球。uby蔷薇网

嫦娥五号探测器由“四器两机构”构成,包括轨道器、着陆器、上升器、返回器和对接机构、采样机构,采样机构有表采和钻取两套。uby蔷薇网

于登云这样科普了嫦娥五号的整个任务过程:在月球轨道上,轨道器和返回器的组合体与着陆器和上升器的组合体分离,前一个组合体继续环绕在月球轨道,后一个组合体落到月面,利用采样机构采集月表样品。uby蔷薇网

采集完样品以后,将样品转移到上升器,上升器点火起飞,在月球轨道上与轨道器和返回器组合体对接。组合飞行期间,上升器将样品转移给返回器,再次分离,轨道器带着返回器向地球飞。uby蔷薇网

在距离地球大约5000公里的时候,轨道器与返回器分离,返回器自主回到地球。uby蔷薇网

最终的结果是:着陆器留在月球表面,上升期在月球轨道环绕,轨道器留在地月之间,返回器回到地面,样品就在其中。uby蔷薇网

“整个过程都很复杂,每个环节都不能出错,否则整个任务就受到影响。”其中的难点,于登云举例,最大的难点,也是最重要的创新,是嫦娥五号的几个器在月球轨道的分离和对接。uby蔷薇网

以前苏联也实施过无人采样返回,选择直接从月球起飞回地球。于登云介绍,中国采取月球轨道分离和交会对接,一方面是充分利用已有的运载能力,节省燃料。如果嫦娥五号整体着陆,再整体起飞,要耗费很多燃料。现在采取“分身之术”,不需要下去的设备不下去,就可以省燃料,节省火箭运载能力。uby蔷薇网

另一方面原因,于登云说,是想为将来载人登月做技术验证。载人登月必然要在月球轨道交会对接,这是最安全也最经济的方式。美国在载人登月之前,也做过月球轨道交会对接试验。uby蔷薇网

“所以我们通过无人采样返回兼顾了两件事,这应该是中国方案最大的亮点。”他说。uby蔷薇网

探月副总师详解未来深空探测:有必要全面探测八大行星吗

2019年1月,玉兔二号的全景相机为嫦娥四号着陆器拍照,“两器互拍”是任务成功的重要标志。图/中国探月工程办公室uby蔷薇网

嫦娥后续任务:在月球南极建立无人科研站uby蔷薇网

载人登月尚且遥远,而嫦娥六号、七号、八号已经确定初步的任务目标。uby蔷薇网

国家航天局副局长、探月工程副总指挥吴艳华此前介绍,嫦娥六号、七号、八号已经在规划中。uby蔷薇网

嫦娥六号计划在月球南极采样返回,嫦娥七号计划着陆月球南极,进行一次对月球地形地貌、物质成分、空间环境综合探测任务。嫦娥八号除了继续进行科学探测试验,还要进行一些月球资源开发利用关键技术的月面试验验证,为未来建立月球科研站做准备。uby蔷薇网

于登云告诉新京报记者,探月三步走以后,中国航天要为人类做更多贡献,不能到此止步。以前主要是解决能力问题和科学家某些需求问题,将来要更加深入,应该“扎根”在一个地方做更深入的研究。uby蔷薇网

中国科学家瞄准月球南极。嫦娥七号、嫦娥八号将为建立月球科研站提供基础,不仅开展深入的月球科学研究,也要对月球资源利用进行技术验证,比如探索在月球表面制水、3D打印等。更往后,将以月球为基地向更远深空探索奠定基础。uby蔷薇网

国际公认,月球南极和北极作为“未开垦的处女地”,有极高的科研价值。两级的撞击坑比较古老,又大又深,晒不到太阳,而南极比北极阴影坑似乎更深,如果月球有固态水,最大可能就在南极。uby蔷薇网

“所以嫦娥七号、八号很重要的一个目标,就是要到南极阴影区里看看,实地去考察是不是真的存在水冰,以什么样的形式存在、如何分布。”于登云说。uby蔷薇网

探月副总师详解未来深空探测:有必要全面探测八大行星吗

火星探测器飞行效果图。图/国家航天局uby蔷薇网

“天问一号”火星探测:史无前例一次实现火星“绕落巡”uby蔷薇网

相比嫦娥工程,今年将实施的首次火星探测任务,将是一个新的跨越。uby蔷薇网

难度首先来自于距离。月球离地球38万公里,但火星距离地球最近的时候是5500多万公里,最远大约4亿公里,最近距离也是地月距离的100多倍。uby蔷薇网

其次,距离遥远带来信号的衰减和通信延迟,信号传输一个来回最远时要将近40分钟。关键降落阶段,探测器必须全过程都靠自主决策,通过地球上控制是来不及的。uby蔷薇网

月球探测器从月面15公里处到着陆,这一阶段是全自主的。火星探测更加依靠自主,这对自主着陆控制技术带来很大挑战。uby蔷薇网

于登云表示,着陆器和巡视器组合体自主降落到火星的过程,可以说非常复杂。这与火星环境有关,火星有非常稀薄的大气,既不像月球完全没有大气,又不像地球的大气成分。所以降落的时候,天问一号下面有发动机反推,上面又要用降落伞拉着,安全着陆是一个很大的考验。uby蔷薇网

更大的挑战来自于任务的复杂性。首个火星探测器“天问一号”将一步实现“绕落巡”,这也是世界第一次。uby蔷薇网

之所以要进行史无前例的一次性火星“绕落巡”,于登云说,一方面,基于探月工程的实施,我国在技术突破、组织管理和人才队伍方面积累了较好的基础,是有一定信心的。uby蔷薇网

另一方面,中国的国情决定我们必须大胆创新,不能按部就班去做,“希望能够通过一次机会实现利益最大化。”于登云说,同时中国科学家也希望在国际上能实现一次跨越,“应该说难度非常大,但经过论证,以及设计、分析、验证,我们觉得还是有信心的。”uby蔷薇网

探月副总师详解未来深空探测:有必要全面探测八大行星吗

国家航天局今年4月发布中国行星探测任务“揽星九天”标识,中国行星探测首次作为一个整体概念被提出。图/国家航天局uby蔷薇网

深空探测:选择重点,没必要逐一探测八大行星uby蔷薇网

中国的深空探测向来积极稳妥。在月球稳扎稳打,充分获得技术积累以后,再去往火星。未来,中国有必要对太阳系内八大行星逐一专门探测吗?uby蔷薇网

于登云认为,如果每一个行星都去探测,掌握第一手资料,自然是最好。但我们还要考虑到国情,“我们要制定适合自己的航天发展路径,尽可能把国家实力展现出来,而不一定跟着外国跑。”uby蔷薇网

未来的深空探测,一方面将解决最关键的能力问题,具备探测能力,但不一定每个行星都去探测。另一方面,有代表性的星球要实施探测。uby蔷薇网

今年4月24日中国航天日,国家航天局宣布,“天问系列”将成为中国行星探测任务名,“天问一号”是其中第一次任务。uby蔷薇网

国家航天局系统工程司相关负责人2018年曾介绍,我国后续深空探测工程,初步明确了四次任务。第一次任务是在2020年发射火星探测器,2021年到达火星。计划2028年左右进行第二次火星探测,采集火星土壤返回地球。uby蔷薇网

我国还将进行小行星探测,并在2030年前后开展木星系探测和行星系探测。uby蔷薇网

越遥远的目标,意味着越高的难度。uby蔷薇网

不过,中国深空探测目前为止的一个特点,就是成功率很高。“很多人问我们,去月球也不是那么容易,全球迄今127次月球探测,成功率只有53%左右,为什么中国至今每一次都成功?”于登云说,一方面得益于有很好的规划,稳扎稳打;同时我们也有很好的体制和队伍。uby蔷薇网

“对于未来我们做了规划,不能像美国那样全面铺开,应该选一些探测重点,实现重点科学任务和目标,做出我们对世界应有的贡献。”于登云说。uby蔷薇网

新京报记者 倪伟uby蔷薇网

 

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