太空探索－指定教材

第八章 探索太空的秘密

8.3  探索太阳系（2）

8.3.3 月球探测

1. 月球探测概况

月球探测始于1958年，到目前为止，已发射66个探测器(包括失败的)，大部分探测集中于20世纪60～70年代。在80年代，探月活动基本停止，一直到90年代初，人类才重新开始新的月球探索。月球的探测形式包括飞越、硬着月或软着月、环月、由登月舱取样返回、载人登月和建立永久性的基地。前苏联于1959年1月2日发射的月球1号(Luna 1)，是第一个飞越月球的探测器。前苏联于1959年9月14日发射的月球2号(Luna 2)是第一个硬着月的探测器，而于1966年1月31日发射的月球9号(Luna 9)首次在月球表面成功软着月。第一个环月探测器是前苏联的月球10号(Luna 10)，于1966年3月31日发射，现仍在月球轨道。美国于1968年12月发射的阿波罗8号(Apollo 8)，是第一艘载人的环月飞船。前苏联发射的月球16号(Luna 16)是第一艘从月球取样返回的飞艇式飞船，于1970年9月20日在月球着陆，并将100 g月球物质带回地球。1970年7月20日，美国阿波罗11号(Apollo 11)载人飞船成功登月，并从月球带回21.7 kg的土壤和岩石样品，这是人类首次踏上月球。

1994年，美国发射了克莱门汀(Clementine)环月飞船。1998年1月7日，美国发射了月球勘探者(Lunar Prospector)飞船。

在各种探测方式中，环月探测是必不可少的基本方式，不管是初始探测，还是深入探测都有非常重要的意义。环月探测器类似于地球的遥感卫星，可有效地对月貌进行观测，绘制月球的三维图像；环月方式可探测近月空间及月表的宇宙线和太阳风的成分、通量与能谱，月球的磁场和重力场，月球大气的成分与特征，月表的物理与化学环境等，这对于了解月球的起源和演变是非常重要的，同时，也可为载人登月做必要准备。正因为如此，美国和前苏联都进行了多次环月探测。表8-1概述了20世纪90年代以前环月探测的情况。

2. 克莱门汀飞船

克莱门汀飞船(见图8-15)于1994年1月25日发射，2月19日进入月球轨道，2月26日开始对月球绘图。5月5日退出月球轨道，原定计划观测近地小行星1620 Geographos，但因飞船出现故障没有实现，于6月结束使命。

克莱门汀飞船携带了4个照相机和一个激光测距系统。照相机包括紫外-可见光照相机、长波红外照相机、高分辨率照相机和近红外照相机。另外还有两个恒星跟踪照相机，主要用于确定高度。照相机的分辨率是125～250 m/像素。克莱门汀飞船的轨道是倾角为90°的极轨轨道，因此成像范围覆盖整个月面。近月点距离月心2162 km，远月点为 4594 km (月球半径为1738 km)。轨道周期大约为5 h。在这个轨道周期内，月球在飞船下面大约旋转了8.7°。在71 d的轨道飞行中，在可见光和近红外谱段，对月球的成像面积约达3.8×107 km2(约一百万幅像)。此外，还获得了62万张高分辨率照片和32万幅中红外热成像，激光测距系统绘制了月球的形态，丰富了人类关于月球引力场的知识，加深了对太阳和磁层高能粒子环境的了解。

3. 月球勘探者飞船

月球勘探者飞船(见图8-16)的轨道是距离月面(100±20) km且接近圆形的低极轨轨道。其主要科学目的是测量月球表面成分，寻找极冰，进一步确定月球的磁场和引力场，确定气体释放事件的频率和位置，这些对了解月球的状态和起源是非常重要的。基本的测量项目包括表面成分测绘、引力测绘、磁场测绘和外流气体位置测绘等四个方面。

4. SMART-1飞船

SMART-1飞船(见图8-17)是ESA计划发射的第一个月球探测飞船，也是其第一个高技术研究小型发射计划的第一艘飞船。SMART-1飞船计划于2003年9月发射，2006年结束使命。飞船将检验太阳电推进技术。SMART-1将用15～17个月旅行到月球并测试一些技术。飞船将探测月球南极的暗区，这个区域可能含有水冰。

5. 月球-A飞船

月球-A(Lunar-A)飞船(见图8-18)计划于2004年发射，是日本第一个探测月球内部结构的飞船。飞船将携带两个穿进器，分别在月球的近边和远边射入。穿进器里含有地震仪和热流探测器，用于研究月球两边的月震动，并试图确定月球是否有核及其大小如何，以帮助人们了解月球是怎样形成的。穿进器设计以330 m/s的速度撞击月球，并工作一年。在发射穿进器以后，轨道舱将在距月球表面200 km的高度，作为穿进器数据的中继站。

6. 月神飞船

月神(SELENE)飞船是日本计划于2005年发射的飞船(见图8-19)。其主要目的是绘制月球表面的图形，研究月球的起源和演变。

月神飞船由轨道舱和中继卫星组成。轨道舱进入月球轨道后，在椭圆轨道的最远点释放出中继卫星，中继卫星的轨道是椭圆形的，远地点为2400 km。轨道舱逐渐降低高度，最后进入高为100 km的圆形极轨轨道，对月球进行测量。中继卫星在月球的远边测量月球的引力场，并中继轨道舱与地面站间的信息。

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