第8章 牵手月球的探测器(1)

月球是离地球最近的一个天体，相距有384万千米。天文学家早已用望远镜详细地观察了月球，对月球地形几乎是了如指掌。月球上有山脉和平原，有累累坑穴和纵横沟壑，但没有水和空气，昼夜之间温差悬殊，一片死寂和荒凉。尽管巨型望远镜能分辨出月球上50米左右的目标，但仍不如实地考察那样清楚。因此，人类派出使者最先探访的地外天体仍选择了月球。

月球探测器是对月球进行探测的无人航天器。月球探测器采用飞越月球、击中月球（在月球上硬着陆）、在月球上软着陆、环绕月球、对月球土壤进行取样分析或对月球土壤取样返回地球等多种方式探测月球。

20世纪50年代末至今，美国、前苏联/俄罗斯、日本、欧洲空间局、中国和印度先后进行了月球探测，90年代以来兴起了新一轮的热潮，关注重点是月球上水冰的存在。

美丽荒凉的月球

月球示意图

月亮引力小吗？半个多世纪以来，苍凉的月球一直是世界各国激烈竞争的最高领域，月宫舞台热闹非凡，美、苏两国你方唱罢我登台，从1958年到1976年的18年间，美、苏两国一共发射了65颗月球探测器，其中42颗成功。其间的月球探测活动经历了远距离飞越、硬着陆、软着陆、绕月飞行、登陆月球5个阶段。

月球因其与地球的距离，使它理所当然地成为人类探索太空的首选目标和迈出地球村的第一个落脚点。人类对月球的观测、探测与研究贯穿了整个人类文明的历史。

最早，人类是用肉眼观察月球，人们看到了月有阴晴圆缺，月有明暗斑驳。

后来，人们使用了望远镜。借助望远镜等其他仪器，月球的月海、高地、环形山结构被清晰地识别，精致的月面图绘制出来了，各种典型的月面特征有了地球人给取的名字。

牵手月球的探测器再后来，人类发明了各种各样月球探测器。20世纪50年代以来，月球空间探测器的发射，标志着人类对月球探测活动进入了有史以来的最高峰。特别是1969至1976年间，前苏联的“月球”计划、美国的“阿波罗”计划的实施，对月球正面、背面进行了详细的勘察，获取了382千克月岩，人类对月球的空间环境、地貌、地质、构造、起源与演化有了前所未有的认知。

不久的将来，人类将在月球上建设可供长期居住的基地、实验室和工厂，开发月球的能源和矿产资源，月球将成为地球的卫星城，成为地球人走进其他星球的太空码头和补给中途岛。

月海

在地球上的人类用肉眼所见月面上的阴暗部分实际上是月面上的广阔平原。由于历史上的原因，这个名不副实的名称保留下来。

已确定的月海有22个，此外还有些地形称为“月海”或“类月海”的。公认的22个绝大多数分布在月球正面。背面有3个，4个在边缘地区。在正面的月海面积略大于50%，其中最大的“风暴洋” 面积约500万平方千米，差不多9个法国的面积总和。 大多数月海大致呈圆形、椭圆形，且四周多为一些山脉封闭住，但也有一些海是连成一片的。除了“海”以外，还有5个地形与之类似的“湖”——梦湖、死湖、夏湖、秋湖、春湖，但有的湖比海还大，比如梦湖面积7万平方千米，比汽海等还大得多。 月海伸向陆地的部分称为“湾”和“沼”，都分布在正面。湾有5个：露湾、暑湾、中央湾、虹湾、眉月湾；沼有3个：腐沼、疫沼、梦沼，其实沼和湾没什么区别。

月海的地势一般较低，类似地球上的盆地，月海比月球平均水准面低1~2千米，个别最低的海如雨海的东南部甚至比周围低6000米。月面的反照率（一种量度反射太阳光本领的物理量）也比较低，因而看起来显得较黑。二十四个“月球号”

“月球1”号探测器

1959年新年刚过，1月2日在前苏联一个秘密的航天发射场，一枚由洲际导弹改装的运载火箭呼啸着直上九霄，把一个月球探测器送入太空。第二天，前苏联政府宣布其成功发射的人类首枚月球探测器“月球1”号已从月球近旁飞过。这一消息震惊了世界，成为全球媒体的头版头条，前苏联在美、苏月球竞赛中成功地打响了第一枪。

“月球1”号是3次发射失败之后的第四颗月球探测器，这颗361千克的探测器由“月球”号火箭发射升空，它没有停泊轨道，而是直接飞向月球，奔月速度达到1117千米/秒。第二天，“月球1”号在距月球5995千米处从月球旁边一掠而过，随后这个探测器进入日心轨道，成为第一颗人造行星。“月球1”号携带了磁强计、离子腔和微流星体探测装置，飞行途中，它测量了月球和地球的磁场、宇宙射线的强度，还测量到太阳发射的等离子流“太阳风”。尽管这次飞行未能实现预定的目标，但它进入了人类以前从未到达的太空领域，完成了“投石问路”的壮举。为此，前苏联给它取了一个充满希望的名字——“梦想”号。

8个月后，前苏联的“月球2”号再次升空，它对准月球飞奔而去，随后以33千米/秒的速度撞击在月球雨海东面阿基米德环形山附近的莫多利卡环形山里。巨大的能量使月岩尘土高高飞扬，最高的竟达500千米，飞溅最远的距离达3000千米，在那里留下了一个小小的圆坑。据说，在“月球2”号接近月球的关键一刻，总设计师科罗廖夫和他的助手们都聚集在飞行控制室里，除了“月球2”号传回的清晰信号外，控制室鸦雀无声。当390千克的“月球2”号抵达月球，并与月球相撞的一瞬间，紧张的设计师们抑制不住兴奋的心情，全都跳了起来。这是人类文明史上第一次将人造物体降落在月球上，第一次在月球烙上人类社会的印迹。当距离地球11万千米时，它释放出1000克钠，形成了在太空持续了5分钟的金黄色钠气云，以方便地面人员的跟踪观察。它在撞到月面之前，向地球发回了有关月球没有强磁场和没有辐射带的重要数据。

“月球2”号带去了前苏联科学家送给月亮女神的“见面礼”，那是一大两小3块金属标牌，它们均呈正五边形，大的直径为15厘米，上面铸有前苏联国徽及“CCCP”（苏维埃社会主义共和国联盟的俄文缩写）；两块小标牌一模一样，直径均为9厘米，上面印刻着3排俄文：“苏维埃社会主义共和国联盟，1959年9月。”由于有特殊的保护装置，它们至今仍安然无恙地躺在寂静的月宫中。

1959年10月4日，是前苏联第一颗人造卫星发射2周年纪念日。这一天，前苏联人的庆祝活动再一次令世界震惊——他们发射了“月球3”号，它的目标不再是撞击月球，而是绕到月球背面揭开月球背面的神秘面纱。“月球3”号长13米，直径096米，质量约为280千克，它首次携带了2台焦距不同的照相机，使用了太阳能电池。经过数十个小时的飞行，最终它顺利地飞到月球背面，距离月球最近处达到6200千米。在进入月球背面的40分钟内，“月球3”号上的两台光学相机拍摄了29张照片，其中的17张照相底片在飞行途中完成自动冲印，然后通过电视扫描转换成电视信号，再通过无线电通信装置传送回地面。尽管最后得到的照片分辨率很低，而且只覆盖了月球背面70％的区域，但却是人类有史以来第一次看到了月球神秘的另一面。

从“月球3”号发回的图片中，可以看到月球背面北半球有一个直径大约300千米的月海，前苏联人毫不犹豫地将其命名为“莫斯科海”，还把齐奥尔科夫斯基、布鲁诺、罗蒙诺夫、居里、焦耳等一些科学家的姓名赏赐给了月球背面的环形山。

1958～1960年，前苏联发射的第一代3枚月球探测器只有一个朴实的目的：获得足够快的飞行速度和有效的定向精度，保证它们能撞击月球或近距离飞过月球，以便向地球发回探测数据。经过2年的努力，这个目的顺利达到了。

在20世纪50年代末，拍摄月球背面图像并不是件容易的事情。前苏联在发射“月球3”号时，对发射时间和飞行轨道作了精心的安排，当时月球背面正值白天，使得探测器上的光学照相机可以进行拍摄。

前苏联的第二代月球探测器要攻克的是月面软着陆技术，这是探月工程中最难解决的技术问题之一。

1963～1965年，前苏联先后进行了12次软着陆尝试，但均以失败告终，其中有5次飞临月球，前苏联依次把它们命名为“月球4”号至“月球8”号。这5颗着陆器中的3颗撞毁在月球上，2颗与月球擦肩而过。1965年5月升空的“月球5”号在准备降落的最后阶段，因制动火箭未能启动而功亏一篑，它以极大的速度灾难性地一头撞进月球，扬起的月壤形成了长225千米、宽85千米的尘云。接踵而至的是不幸的“月球6”号，它在奔向月球的途中完成轨道修正后，没有按预定程序关闭修正轨道的发动机，最终与月球失之交臂，进入了日心轨道。重蹈覆辙的“月球7”号起初准确无误地完成了所有步骤，但最后阶段因制动火箭点火过早，推进剂提前消耗殆尽，最终失去制动力撞毁在月球的“风暴洋”中。两个月后发射的“月球8”号与“月球7”号正好相反，制动火箭启动太迟，“月球8”号尚未减低到安全着陆速度就摔在月面上，再一次上演与月球相撞的悲剧。直到1966年，“月球9”号和“月球13”号才双双降落在月球，“月球9”号成为第一个在地球以外天体上实现软着陆的人造物体。

1966年1月31日，“闪电”号运载火箭将“月球9”号送上充满期盼的征程。火箭先把“月球9”号送入200千米左右的地球停泊轨道，然后第三级火箭二次点火，将158吨的“月球9”号推进奔月轨道。途中，“月球9”号要不断进行轨道修正，以保证与月球相会。3天半之后，“月球9”号临近月球，在距离月球大约8300千米时，进行了姿态调整，将制动火箭发动机对准月面，然后启动着陆系统程序。2月3日，“月球9”号在距离月面75千米时“刹车”减速，从2600米/秒的高速逐渐减低下降速度，同时从底部伸出一根用来确定关闭发动机时机的5米长探针，在探针触到月面的瞬间，“月球9”号迅速关闭发动机并抛出位于顶部的卵形着陆舱，最终以6米/秒的速度降落在月球“风暴洋”上。

着陆舱设计得非常巧妙，它带有缓冲装置，被抛出后像一个有弹性的气囊，可在月球表面“蹦蹦跳跳”。当它停稳时，由4瓣组成的外壳会像花儿一样绽开，花瓣本身就是天线，花瓣里面还有4根75厘米的鞭形天线，它们一起向地球发送信息。着陆舱携带的摄像机此时伸出镜头开始拍照，7个小时后地面控制人员收到了首张来自月球表面的黑白全景照片。接下来的3天，全世界的目光都集中在月球上，“月球9”号分7次向地球传回了8小时的信息，直到3天后电池耗尽。它的成功不仅使人类第一次得到了月球表面的全景照片和局部区域的立体照片，还告诉人们：月球表面是硬的，完全不必担心登月航天员会陷进月壤之中。而此前，科学家一直担心月表的浮尘会像地面的沼泽一样，使人陷入灭顶之灾。

“月球9”号向地面传送月面图片时使用的是明码信号，一家英国银行的电台监听了这些信号并将其转换成标准图片。几分钟之后，西方媒体抢先刊登了这些月球表面的照片，前苏联人对此十分生气。从那以后，前苏联探测器上传回的图片都加上了密码。

1966年底，前苏联第二颗软着陆器“月球13”号又踏上征程，它工作了6天，除了拍摄图片外，还携带了一种穿透器，通过测定穿进月壤的速度和深度，分析月壤的力学性质；“月球13”号还测量了月壤密度，并通过测量着陆时与月球碰撞产生的振动波的时间和强度，获得了20～30厘米厚月壤的力学性质。测量的结果表明，着陆点附近的月壤呈粒状性质，并有轻微的黏性，密度约为每立方厘米08克。

为了确切了解月球重力场的分布，避免载人登月器偏离着陆点，前苏联还发射了环月探测器，对月球重力场分布并不均匀的情况进行了详细探测。人类首颗环绕月球飞行的月球探测器是“月球10”号，它在350千米×1017千米的椭圆轨道上围绕月球飞行了460圈。此后，前苏联又发射了“月球11”号、“月球12”号和“月球14”号探测器，这些月球探测器还测量了月球附近的辐射环境，包括月球表面伽马射线的强度，太阳风离子和电子通量等，它们默默地为载人月球飞行做好了准备。

“月球10”号是一颗具有特殊使命的环月探测器。通过天体力学计算，“月球10”号进入月球轨道后，正值第23届苏共代表大会的开幕式。此时，“月球10”号奉命播放《国际歌》，当来自遥远月球的《国际歌》传到党代会现场时，5000名代表站起来狂欢胜利。