探月的故事

前言

1969年7月20日，美國東部夏令時16時11分，阿波羅11號飛船登月艙完成所有檢測程序，正在接近月球表面。在這短暫的等待中，位于休斯敦的地面控制中心開始向航天員柯林斯介紹媒體對人類歷史上首次登月的報道?！霸诮裉旄鞔竺襟w有關阿波羅登月的頭條報道中，有一篇報道要你注意尋找一位美麗的女士和她的寵物——一只可愛的兔子。中國流傳的一個古老傳說中，有一位叫嫦娥的姑娘，在幾千年前就已經從地球飛上了月球。從那以后，她就一直生活在那里。她唯一的伴侶是只兔子，這只兔子的名字我們還不知道，不過應該不難發(fā)現(xiàn)，這只兔子很大，住在一棵月桂樹下?！笨铝炙咕o張的情緒放松下來，笑著向地面人員回答道：“好吧，我會找找這位姑娘和兔子。”這段對話和畫面，通過哥倫比亞廣播公司的電視信號，轉播給美國乃至全世界的公眾。對于當時絕大多數(shù)守候在電視機前的觀眾來說，這是他們第一次聽到來自古老東方的有關嫦娥奔月的美麗傳說。月球是離地球最近的天體。也是天空中除太陽以外最明亮、形像最大的星體。自古以來，月亮就是人類寄托情感、進行天文觀測的首選目標，也是人類走出地球搖籃、邁向浩瀚宇宙的第一步。華夏民族一直對月亮情有獨鐘，并對月亮充滿了浪漫的想像，留下了后羿射日、嫦娥奔月、吳剛伐桂、玉兔搗藥、唐明皇游月宮等眾多民間故事和神話傳說。其中，流傳最廣、最富有詩意的，要數(shù)嫦娥奔月的傳說。嫦娥奔月的傳說，在我國已流傳了幾千年。有關嫦娥奔月最早的文字記錄，見于湖北王家臺出土的秦簡《歸藏》：“昔嫦娥以西王母不死之藥服之，遂奔月為月精?！贝笠馐钦f，嫦娥偷吃了西王母的長生不老藥，于是身體變輕，不由自主，飄飄然地飛進了月宮，成為月宮中的仙女。后來人們不斷豐富這個神話的內容，嫦娥奔月的故事便有了跌宕起伏的情節(jié)。大凡神話故事，都帶有幻想的色彩，它們記錄了人類早期探索自然的活動，反映了人類為擺脫各種束縛作出的努力，表達了人類駕馭自身命運的愿望。除了豐富多彩的傳說故事和博大精深的月文化，我國古人通過對月球的長期觀測與研究，在制訂歷法(陰歷)、分析日食和月食成因、研究宇宙結構、解釋潮汐現(xiàn)象等方面，作出了創(chuàng)新性的貢獻，形成了中華民族對月球的科學認識。我國是世界上最早記錄月食現(xiàn)象的國家，并在月食的成因研究方面取得了重要成就。張衡在渾天說的基礎上，科學地闡述了月食形成的原因。他在《靈憲》中寫道：“月光生于日之所照；魄生于日之所蔽。當日則光盈，就日則光盡也?！币馑际钦f，月亮本身是不發(fā)光的，而是太陽光照射到月亮上，月亮才反射出光線，太陽光照不到的地方則出現(xiàn)虧缺；如果月亮進入地球的陰影之中，就會發(fā)生月食。這些認識和現(xiàn)代天文學理論驚人一致。我國古人經過長期觀察，發(fā)現(xiàn)潮汐和月球有著密切的關系。東漢時期著名的思想家王充，在他的著作《論衡》中提出：“濤之起也，隨月盛衰?！边@一觀點，第一次明確地指出了潮汐與月球的運行有關。宋代燕肅指出，潮汐“隨日而應月”、“盈于朔望”、“虛于上下弦”，這些觀點都正確地解釋了潮汐現(xiàn)象的成因。同遙遠的星系相比，月球離地球如此之近；同太陽相比，月球又是如此溫和。是不是有什么方法可以到月球上去呢？這是人類非常感興趣的問題。在古代，人們似乎并不認為到月球上去是一件無法完成的工作。很早以前，人們認為大氣延伸到所有的天體，所以任何能把物體帶到空中的東西，在極端的情況下，就有可能把人類帶到月球上去。公元2世紀，古希臘科幻作家盧奇安，為我們講述了第一個到月球冒險旅行的故事。故事中說，一個旅行者乘船時遭遇狂風，大風把帆船卷上天空，旅行者在天空中飛了七天七夜，于是就來到了月球。14世紀末，中國明朝一位名叫萬戶的官吏，就嘗試利用火箭的推力升空。他把47個當時可能買到的最大的火箭，安置在一把坐椅的背后，把自已捆綁在椅子上，雙手各舉一只大風箏。萬戶叫仆人同時點燃47枚大火箭，設想利用火箭的推力和風箏上升的力量飛上天空，然后利用風箏平穩(wěn)著陸。不幸的是火箭點燃后爆炸了，萬戶也因此獻出了生命。迄今為止，世界各國都把萬戶看作人類最早嘗試利用火箭推力飛行的人。1638年，英國牧師戈德溫寫了一本名為《月中人》的書。書中的主人公乘著大鵝拉的馬車，很輕松地來到了月球。這些大鵝每年都要移棲到月球上去，所以地球上的人就有了到月球上去的機會。古時候，人們還不清楚大氣無法延伸到地球表面幾百千米以外的地方，地球和月球之間的空間絕大部分是真空，水柱無法穿透天空，大鵝也不能在真空中飛行。1650年，法國作家西拉諾·德·貝熱拉寫了一本叫做《到月球去旅行》的書。在書中，貝熱拉列出七種可能到達月球的方法，其中六種現(xiàn)在看來是完全錯誤的。貝熱拉提出的第七種方法，是利用火箭到達月球，在17世紀的人看來，這種方法的確是人們所知道的可以穿越空間的唯一方法。直到1687年，人們才明白了火箭飛行的原理。1687年，牛頓出版了他的巨著《自然哲學的數(shù)學原理》，其中列出了牛頓運動三定律。第三定律就是大家熟知的作用與反作用力定律：當一個力作用在某個方向時，在另一個方向上會產生一個大小相等、方向相反的力。因此，如果一枚火箭往某方向噴出大量物質的話，火箭的其余部分會向另一個方向運動，無論是在空氣中，還是在真空中，都會遵循這一定律。實際上，在真空中火箭會飛行得更輕松，這是因為真空中沒有空氣阻礙火箭的飛行。到了19世紀，歐洲的科學技術有了較快發(fā)展，出現(xiàn)了以一定科學知識為基礎的科學幻想小說。登月作為西方流行的小說題材，頻繁出現(xiàn)在作家的筆下，其中最引人注目的，是法國作家儒勒·凡爾納創(chuàng)作的《從地球到月球》。凡爾納在他的科幻小說中，栩栩如生地描述了地球人利用炮彈作交通工具，到月球旅行和探險的故事?！稄牡厍虻皆虑颉愤@部小說的杰出之處，不在于其有多大的文學價值，而是對后來人類首次登月過程中許多細節(jié)的大膽預言。有人曾把凡爾納小說中的登月情節(jié)，與阿波羅11號飛船登月中的細節(jié)作了比較，發(fā)現(xiàn)其中有許多驚人的相似之處。如乘員均為3人，座艙名字都叫哥倫比亞，發(fā)射地點都在美國佛羅里達州的卡納維拉爾角，返航的降落地點僅僅相差十幾千米。在凡爾納的筆下，試圖登月的載人炮彈飛行速度為10．97千米／秒，經過97小時13分20秒的飛行后接近月球。實際上，阿波羅飛船的飛行速度為10．83千/秒，從地球到達月球的時間是103小時30分，飛行速度和飛行時間都非常接近。此外，凡爾納筆下的發(fā)射場、炮彈密封艙、失重狀態(tài)、變軌飛行、近月制動、海上降落等，都與一個世紀后的航天技術有著驚人的吻合之處。凡爾納以炮彈作為月球旅行工具的設想，現(xiàn)在看來是不現(xiàn)實的。炮彈在發(fā)射時，就把全部推力用完了，而此時正是大氣最稠密、阻力也最大的時候。不僅如此，炮彈剛起飛的時候，就得到它所需要的全部加速度，即便能飛到月球，這種加速度和超重現(xiàn)象，也足以把任何乘客壓得粉身碎骨。但是，凡爾納的科幻小說不再是不著邊際的幻想，里面有以牛頓萬有引力定律為依據(jù)的科學計算；用化學燃料的爆炸力作為飛行動力，也孕育了現(xiàn)代航天技術的基本理念?，F(xiàn)代航天科學奠基人之一、德國著名火箭專家奧伯特承認，他曾對凡爾納小說中設計的登月炮彈，進行過認真細致的研究。雖然西方人的登月遐想與華夏民族流傳的奔月傳說完全不同，但所有這些科幻故事，都表達了人類對探索月球世界和踏上月球的美好向往。早期人類用肉眼觀察月球，對月球的認識只能基于主觀想像和推測性研究。17世紀初，望遠鏡的發(fā)明，使人類逐漸揭開了月球神秘的面紗。望遠鏡是在1608年發(fā)明的，發(fā)明人是荷蘭一位叫做漢斯·里佩的眼鏡商人。有一天，里佩的兒子在玩耍中偶然發(fā)現(xiàn)，將兩塊透鏡重疊，并使其相隔一定的距離，通過鏡片觀察，可以看見遠處教堂屋頂原來幾乎看不見的小鳥。里佩受此啟發(fā)，把兩塊鏡片裝在一個銅管的兩頭，制成了一具最原始的望遠鏡。漢斯·里佩的這項發(fā)明，引起了意大利天文學家伽利略的關注。1609年，伽利略自己動手，制作出了放大倍數(shù)為32倍的光學望遠鏡。1609年12月的一天，當伽利略將望遠鏡對準月球這個離地球最近的天體時，令他驚異的是，他看到月球竟然是一個崎嶇不平、坑坑洼洼的世界，上面有高聳的山脈，廣闊的洼地，還看到了奇特的像火山口那樣的環(huán)形山。在這之前，人們一直認為月球是一個冰清玉潔的光滑球體。20世紀中葉，運載火箭技術和空間探測技術突飛猛進，為月球探測開辟了新的途徑。利用現(xiàn)代運載火箭技術，人類不僅可以將月球探測儀器送至地球大氣層外的太空，從更近的位置研究月球，還可以將探測儀器和航天員送達月球表面，實現(xiàn)人類對月球實地勘察和分析取樣。第二次世界大戰(zhàn)后，蘇聯(lián)專家科羅廖夫研制了射程達到8000千米的R一7洲際導彈。通過研制洲際導彈，蘇聯(lián)掌握了運載火箭的關鍵技術。第一枚洲際導彈發(fā)射成功后，科羅廖夫不失時機地向蘇聯(lián)最高領導層提出發(fā)射人造地球衛(wèi)星和月球探測器的設想，并獲得了蘇聯(lián)最高層的支持。此后，科羅廖夫大膽采用捆綁火箭的辦法，在R-7上捆綁幾枚助推器，于1957年10月4日，將世界上第一顆人造地球衛(wèi)星送入地球軌道。1959年1月，由R-7改裝成的蘇聯(lián)月球號火箭，向月球發(fā)射了人類第一顆到達月球附近的月球1號探測器。月球1號探測器雖然沒有按照預定計劃擊中月球，而是從距月球5995千米的近旁掠過，但這是月球探測歷史上了不起的成就，標志著人類利用現(xiàn)代運載火箭技術，完全可以實現(xiàn)到達月球的愿望。此后，蘇聯(lián)又發(fā)射了一系列月球探測器，這些探測器通過掠月探測、硬著陸探測、繞月探測、軟著陸探測、月面巡視勘察、自動采樣并返回地球等方式，向地面?zhèn)骰亓舜罅扛叻直媛实脑旅鎴D片和月球背面信息，采集了月球巖石和月壤樣本返回地球，供科學家在實驗室進行研究。人類對月球的探索，正式進入航天探測時代。為了與蘇聯(lián)在太空中展開競爭，美國20世紀60年代實施了阿波羅登月計劃。并研制了強大的土星5號運載火箭和阿波羅載人登月飛船。1969年7月21日，美國首次實現(xiàn)了人類登月的夢想，航天員阿姆斯特朗和奧爾德林駕駛阿波羅11號飛船登月艙，降落在月球赤道附近的靜海區(qū)域，并相繼走出艙外，在月球上邁出了人類歷史性的第一步。截至2007年年底，世界上共進行了100多次月球探測活動，其中55顆探測器成功抵達月球或月球附近，6艘載人登月飛船攜帶12名航天員登上了月球。這些探測活動促進了一系列航天科學技術的發(fā)展，帶動了一系列新技術的創(chuàng)新與推廣應用，大大提高了人類對月球、地球和太陽系的認識，月球探測取得了劃時代的成就。美國航天員成功登陸月球后，美蘇為政治目的開展的太空競賽驟然降溫，月球探測隨之進入了一個相對寧靜的時期。1976—1994年，國際上只進行過一次月球探測活動，即日本在1990年1月發(fā)射了飛天號月球探測器。這一時期，各航天大國都在總結月球探測活動耗資巨大、效率低下、探測水平不高的經驗與教訓，對已獲得的月球探測資料進行深入分析與研究，以便將月球科學提高到新的水平。1994年1月21日和1998年1月6日，美國分別發(fā)射了克萊門汀號探測器、月球勘探者號探測器，悄然拉開了重返月球的序幕。這兩個探測器應用了大量新技術，取得了更豐富的月球探測成果，尤其是發(fā)現(xiàn)月球兩極存在大量水冰的證據(jù)，從而激起了人類新的探月熱情。進入21世紀，美國、歐洲空間局、日本、中國、印度、俄羅斯、英國、德國和韓國等國家或組織，紛紛制定自己的月球探測計劃，有些探測計劃已經或正在實施，月球探測一時間掀起新的高潮。華夏民族是最早仰望星空的民族之一，嫦娥奔月等膾炙人口的傳說故事，體現(xiàn)出中華民族的聰明才智和創(chuàng)新思維，代表了人類最早的登月遐想。飛出地球，探索月球和其他地外天體，也是我們華夏民族的千年夢想。在我國掌握了發(fā)射人造地球衛(wèi)星、載人航天技術之后，黨中央、國務院根據(jù)世界科技發(fā)展趨勢和我國的國情、國力，決定開展以月球探測為起點的深空探測活動。嫦娥一號衛(wèi)星(繞月探測器)成功進入繞月軌道，并發(fā)回第一組月面圖片，標志著我國繞月探測工程成功邁出了第一步，華夏民族千年的奔月夢想終于成為現(xiàn)實。月球是一個具有豐富資源和能源的寶庫。人類開展月球探測，最終目的是為了開發(fā)利用月球的資源和能源，為人類社會的可持續(xù)發(fā)展服務。建設月球基地，開發(fā)和利用月球資源，以月球為“跳板”飛向更遙遠的星體，將是未來月球探測發(fā)展的必然方向。在月球上建設規(guī)模龐大的載人基地，是一項前所未有創(chuàng)新工程，需要花費巨大的人力、物力和財力，也需要人類對月球有更系統(tǒng)、更深入的研究。盡管20世紀～系列的月球探測活動，豐富和深化了人類對于月球的認識，但是至今人類對于月球的了解和認識還很有限。月球到底是怎么形成的？月球上真的有水嗎？月球上的資源是如何分布的？核聚變燃料氦一3能否像人們想像的那樣解決地球上的能源危機？人類能否適應月球的惡劣環(huán)境，在月球上開采礦物，建設月球基地，并將月球作為人類進入更遙遠深空的中轉站？……在建設月球基地，大規(guī)模開發(fā)月球資源之前，月球世界還有很多未知領域和待解之謎，需要人類去探測和研究；在月球上居住和生活，還有許多難題需要人類去攻克。由此來說，中國未來的月球探測工程，任重而道遠。

內容概要

我國為什么要實施月球探測工程？嫦娥一號繞月探測衛(wèi)星是怎么研制出來的，它攜帶了哪些科學探測儀器，要完成什么樣的探測目標？如何把嫦娥一號衛(wèi)星送入繞月球飛行的軌道？著陸探測器如何在月球上著陸，月球車如何在月球上進行巡視勘察，取樣返回探測器如何把月球樣本帶回地球？蘇聯(lián)早期的月球探測活動遇到了哪些難題，取得了哪些成果？蘇聯(lián)為什么沒有把航天員送上月球？阿波羅工程是如何實施的，美國如何把航天員送上月球并使他們安全返回？為什么要在月球上建設基地，如何在月球上建設基地？……    本書從讀者關心的問題出發(fā)，回顧了我國繞月探測工程的論證和實施過程，介紹了我國實施月球探測工程的重大意義，介紹了繞月探測工程和未來我國月球探測工程要實現(xiàn)的工程目標與科學目標，詳細講解了嫦娥一號衛(wèi)星的研制發(fā)射知識，講解了著陸探測和采樣返回探測知識。書中還回顧了美蘇早期探月的過程和一些具體細節(jié)，描述了21世紀初重返月球熱潮中各國實施的月球探測計劃，介紹了月球基地建設前景和月球基地建設基本知識。    本書配有豐富的圖片，內容通俗易懂，具有較強的知識性、故事性和趣味性。閱讀本書，讀者可以了解到豐富的航天知識、探月工程知識和月球科學知識。

書籍目錄

引言  從夢想到現(xiàn)實第一篇  中國探月  1.中國第一幅月圖  2.月球上的中國人名    3.孕育中的探月構想  4.1克月巖的故事  5.中國探月的曙光    6.長達10年的探月論證  7.中國探月的重大意義  8.中國探月三步走  9.繞月探測科學目標  10.嫦娥一號衛(wèi)星探秘  11.在極月圓軌道上飛行  12.對日地月三體定向  13.面對極限溫差的考驗  14.抓得住，測得準，控得精  15.送“嫦娥”遠行的大力士  16.不斷加速，奔向月球  17.分秒不差送嫦娥一號升空  18.38萬千米地月大轉移  19.14天的長途飛行  20.長征五號：探月新工具  21.海南文昌：未來的登月港  22.駛上月面的中國月球車  23.著陸器：將月球車送上月球  24.自動采樣器：從月球返回地球第二篇  冷戰(zhàn)時代的蘇聯(lián)探月  1.冷戰(zhàn)引發(fā)的太空競賽  2.月球探測的先行者  3.功敗垂成的載人繞月  4.在美國之前實現(xiàn)載人登月  5.蘇聯(lián)的登月火箭之爭  6.在月球上軟著陸  7.環(huán)繞月球飛行  8.聯(lián)盟1號墜毀中斷登月  9.N-1火箭：終結蘇聯(lián)登月夢想  10.對阿波羅的最后挑戰(zhàn)  11.月海巡游的蘇聯(lián)月球車  12.月球24號：蘇聯(lián)探月終止符第三篇  冷戰(zhàn)時代的美國探月  1.把蘇聯(lián)摔倒在月球上  2.最佳的載人登月方案  3.火箭中的巨無霸  4.強大的太空蜘蛛  5.偵察月面著陸場  6.圣誕前夜的繞月飛行  7.距月球僅一步之遙  8.這里是靜海，鷹號已著陸  9.阿波羅13號太空歷險  10.阿波羅工程完美謝幕第四篇  世界探月新高潮  1.重返月球，建設月球基地  2.月球勘探者：找水使者  3.鞠躬盡瘁的智能1號  4.美國：在月球上建設基地  5.歐洲：重返月球的重要力量  6.俄羅斯：在新世紀續(xù)寫輝煌  7.日本：瞄準月球海量資源  8.印度：探月俱樂部的新成員第五篇  月球上的人類家園  1.月球基地構想  2.月球基地的類型  3.月球基地建在哪里  4.建設月球基地的步驟  5.機器人：建設月球基地的主力軍  6.月球基地的生命保障  7.月球基地的居住艙  8.地月往返運輸構想  9.在月球上采礦和生產  10.月球上的生物圈

章節(jié)摘錄

1.中國第一幅月圖2007年11月26日上午9時，嫦娥一號衛(wèi)星正在進行第223圈繞月飛行之時，黨中央、國務院、中央軍委在北京航天城隆重舉行儀式，發(fā)布嫦娥一號衛(wèi)星拍攝的第一幅月面圖片，國務院總理溫家寶出席了發(fā)布儀式。第一幅月圖的發(fā)布，標志著我國繞月探測工程取得圓滿成功。嫦娥一號衛(wèi)星于2007年10月24日由長征三號甲運載火箭成功發(fā)射，經過8次變軌后，2007年11月7日準確進入高度為200千米的極月圓軌道。經過12天的調姿、測試等工作，2007年11月20日，嫦娥一號衛(wèi)星攜帶的CCD立體相機開機，開始對月面進行拍攝?？萍既藛T將傳回的探測數(shù)據(jù)進行處理后，制作完成了嫦娥一號衛(wèi)星拍攝的第一幅月面圖片。在未來的一年時間里，嫦娥一號衛(wèi)星還會不斷地傳回各種探測數(shù)據(jù)，供我國科學家進行研究。嫦娥一號衛(wèi)星攜帶的CCD相機，采用線陣推掃的方式獲取月面圖像，軌道高度約200千米，每一軌的月面幅寬60千米，像元分辨率120米。第一幅月面圖共由19軌圖像制作而成，顯示的是月面上寬約280千米、長約460千米的月面區(qū)域。該區(qū)域大約位于月球東經83。到東經57。南緯70。到南緯54。之間。為了確保圖像清晰，當太陽與月面夾角大于15。時，嫦娥一號衛(wèi)星攜帶的CCD相機才開始拍攝。第一幅月面圖中右側60千米寬的條帶，是CCD相機拍攝的第一軌月面圖像。在地面上用肉眼觀看月球，月球大似銀盤，分外皎潔，所以古代人們一直認為月球是一個冰清玉潔的光滑球體。實際上，月球并不像我們肉眼所見到的那樣潔白光瑩，而是一個坑坑洼洼、凹凸不平的世界。中國第一幅月面圖片覆蓋區(qū)域屬于月球高地，顯示月球上分布著不同大小、形態(tài)、結構和形成年代的撞擊坑。其中已查到有4個撞擊坑被命名，它們分別是漢諾坑、龐特庫蘭特坑、吉爾坑和赫爾姆霍茨坑，具體分布位置如圖所示。從圖中可以看出，高地地區(qū)撞擊坑分布密集，右上部顏色較暗的撞擊坑被后期的玄武巖所覆蓋，撞擊坑的分布比較稀疏。

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《探月的故事》由中國宇航出版社出版。

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