（神秘的地球uux.cn）据腾讯科学（文/张雪松）：我国将于今年12月前后在西昌发射嫦娥三号月球软着陆探测器，执行探月工程二期的落月探测任务。嫦娥三号这次任务不仅将实现我国航天器在地外天体的首次软着陆，还是人类自1976年苏联Luna 24探测器以后发射的第一个月球软着陆探测器。嫦娥三号探测器的发射，将拉开人类新一轮探月热潮的序幕。

嫦娥三号是我国探月工程二期的第2颗月球探测器，在此之前，我国已经成功实施了探月一期工程，发射了嫦娥一号月球探测器，并发射了探月工程二期的先导星嫦娥二号探测器。嫦娥三号发射在即，我们有必要回头检视嫦娥一号和嫦娥二号的任务成果。

嫦娥一号于2007年10月24日发射，成功实现了中国首次月球环绕飞行，其成果获得欧美同行高度评价。

嫦娥一号探测成果获国际高度评价

嫦娥一号于2007年10月24日发射，它成功实现了月球环绕飞行，获取了月球表面120米分辨率的全月图，并获取了月球表面的元素分布与含量等信息。嫦娥一号在一年的设计寿命里顺利完成预定任务后，在2009年3月1日以撞击月球结束了使命。

嫦娥一号的全月图分辨率较低，仅达到十多年前美国克莱门汀(Clementine)号探测器的水平，落后于同期发射的日本辉夜姬和印度月船一号探测器，不过它绘制的全月数字高程模型的精度相当不错，而且绘制了重要元素的全月含量分布，特别是在世界范围内首次获得了四个频率的月球正午和子夜的全月微波图像，2010年获得欧洲行星科学大会和美国航天局等机构的高度评价。

嫦娥二号原本只是一号的备份，一号星成功后“半路出家”改装成现在所见的模样，搭载高分辨率相机，为嫦娥三号探路。

嫦娥二号验证了嫦娥三号部分关键技术

嫦娥二号月球探测器虽然被列入二期工程，作为先导星，但它实际上是嫦娥一号探测器的备份星。嫦娥一号顺利完成任务后，我国科学家对备份星进行了改进，安装性能更好的设备，并赋予嫦娥二号的编号。

嫦娥二号探测器于2010年10月1日发射升空，其主要使命是为嫦娥三号月球软着陆探测器进行部分关键技术验证。嫦娥二号验证了嫦娥三号将要使用的地月直接转移轨道技术、X频段测控技术、100千米高度近月轨道捕获等关键技术，并对嫦娥三号的预定落月区域虹湾地区进行了高精度的成像。

嫦娥二号携带了100千米高度7米分辨率的高分辨率CCD相机，拍摄了国际上分辨率最高的7米分辨率全月图。为了对虹湾着陆地区进行高精度成像，嫦娥二号还曾变轨到15千米X100千米轨道，在18.7千米高度拍摄了1.3分辨率米的虹湾局部影像图，这次变轨也为嫦娥三号的落月做了相应的技术验证。

2012年2月6日，中国探月工程公布了嫦娥2号拍摄的全月球影像图，分辨率达7米，这是它的缩略图。

嫦娥二号完成预定任务后，任务开始不断拓展，先进入地拉格朗日L2点，后又续发挥余热，执行飞掠4179号图塔蒂斯小行星，并在完成任务后继续飞离地球。

嫦娥二号拓展深空大放异彩

出乎人们意料的是，嫦娥二号完成预定任务后，开始进行深空拓展任务。2011年6月9日，嫦娥二号从月球轨道出发，于8月25日飞抵日地拉格朗日L2点，成为我国首颗人造小行星，并创造了我国航天器远离地球170万千米的记录，接近了我国此前地面测控能力的极限。

航天器深空飞行的关键是地面测控能力，简单地说取决于测控天线的尺寸。无线电信号会随着距离的变大而变得微弱，因此地面对远离地球的深空航天器进行测控、联络时要采用尽可能大的收发天线，以捕捉到深空航天器传回的微弱信号。

我国一开始用喀什和青岛的两个18米直径天线对嫦娥二号进行跟踪测控。随着喀什35米直径和佳木斯66米直径测控天线的建成，我国科学家决定再接再厉，让嫦娥二号继续发挥余热，执行飞掠4179号图塔蒂斯小行星的任务。2012年6月1日，嫦娥二号从L2点附近的李萨如轨道出发，开始中国航天史上最远的一次长征。探月工程总体组织了相关单位，集中国内多台望远镜，精确测定了图塔蒂斯小行星的轨道，并在喀什、佳木斯两个大型深空测控站和上海65米直径天线的甚长基线干涉测量站联合支持下，嫦娥二号最终于2012年12月13日16时30分，与图塔蒂斯小行星以10.73千米/秒的相对速度在3.2千米距离上檫身而过，并使用CMOS监视相机为图塔蒂斯小行星拍摄了最高分辨率10米的高清图像。嫦娥二号拓展任务的成功，检验了我国的深空测控能力，为我国未来的深空探测尤其是小行星探测活动奠定了坚实的基础。

嫦娥二号飞过4179图塔蒂斯小行星后剩余推进剂很少，能提供的速度增量不到10米/秒，无法再有效执行其他任务。但作为一个轨道参数与地球不同的人造小行星，嫦娥二号与地球的距离继续不断增加，先后突破2000万、3000万和5000万千米，根据2013年9月下旬国际宇航大会上公布的消息，嫦娥二号与地球的距离已经超过了5400万千米。按现有轨道分析，到2014年7月，嫦娥二号与地球距离有望扩大到1亿千米，当它飞过日地拉格朗日L3点附近时，星地最大距离可达到约3亿千米。预计约24年后嫦娥二号将再次重返地球，不过那时它将在700多万千米外掠过地球，肯定无法继续联系了。

作为嫦娥一号的备份星，嫦娥二号圆满完成了先导任务，又在深空探测拓展任务中大放异彩，在我国深空探测史上写下了光辉的一页。

从嫦娥一号的备份“半路出家”到给嫦娥三号打前站，再到如今成为中国有史以来发射的旅程最遥远的深空探测器，嫦娥二号的华丽转型证实了中国航天已经初步具备了向外太空发起挑战的可靠技术实力。

随着中国外太空探索项目的不断深入，有理由相信，未来，在太空中出现绘有中国国旗的行星际探测器，甚至类似美国旅行者号那样的星际飞船，并非是遥不可及的。

嫦娥三号：中国最复杂的航天器

2008年，嫦娥三号月球软着陆探测器工程正式立项，经过将近5年的研制于2013年8月底出厂，并在9月中旬租用安124大型运输机运抵西昌，开始在西昌卫星发射中心进行发射前的最后检查工作。

嫦娥三号包含着陆器和月球车，总重量高达3.7吨。在复杂性上位居中国航天器之冠。

嫦娥三号的任务简介

在嫦娥三号立项的同时，日本和印度也启动了月球软着陆探测计划，辉夜姬-2和月船二号都曾预定2013年前后发射，但辉夜姬-2由于预算不足已将发射推迟到2018年，月船二号由于俄罗斯无法及时提供着陆器，印度不得不转而自行研制，也要推迟到至少2017年。同期Google公司提供资金启动了Google Lunar XPRIZE的探月活动，但目前仍在参与的25个小组没有一个能在2013年进行发射，甚至未必有人能在已经2015年的最后期限前进行登月。除了亚洲三国官方项目和Google的商业竞赛队伍，俄罗斯和欧空局也计划未来发射月球着陆探测器，尤其是俄罗斯也将再次进行“绕落回”三阶段月球探测，新一轮的月球探测浪潮正在如火如荼的展开。

我国探月工程二期的总体目标是实现月球表面的软着陆，并释放月球车进行自动巡视勘察工作。嫦娥三号作为探月工程二期的核心，由一个着陆器和一个月球漫游车组成，总质量约3.7吨，将由长征三号乙增强型火箭发射直接打入地月直接转移轨道，在月球上空100千米处进行近月捕获机动，进入100千米高度的圆形绕月轨道，随后变轨进入15千米X100千米高度的椭圆轨道，并在15千米的近月点减速进行软着陆操作。嫦娥三号软着陆后，着陆器和漫游车将联合进行一系列探测任务，更深入的了解月壤和岩石等地形地貌和地质构造信息，为后续三期工程的月球取样返回探测器积累数据和经验。

嫦娥三号在设计上要比基于DFH-3通信卫星平台的嫦娥一号和嫦娥二号月球轨道器复杂得多，堪称我国迄今为止设计制造的最复杂、技术难度最大的航天器之一。突破月球软着陆技术是嫦娥三号的核心任务之一，为了实现成功落月，嫦娥三号探测器借鉴了美苏过去几十年里月球软着陆探测的经验教训，根据我国技术和工程能力做了精心的设计，在软着陆发动机以及制导导航与控制技术方面可谓煞费苦心。

阿波罗飞船登月舱，嫦娥三号虽然不具备返回功能，但在任务复杂性上已经大大超过了以往的国产航天器。

前苏联月球16号登月探测器模型，第一个具备返回能力的地外无人探测器。

热测试时拍摄的嫦娥三号，着陆器底部可见主发动机喷口，发动机具有1500~7500牛变推力功能，满足落月过程中精确控制的需要。

嫦娥三号装有先进变推力发动机

嫦娥三号的软着陆，首先要提到的是它的动力系统。不同于嫦娥一号和二号使用的固定推力的490牛发动机，嫦娥三号使用了先进的大推力变推力发动机。这一方面是由于嫦娥三号质量大增，单台490牛发动机无法支持探测器的垂直降落，但更主要的是为了灵活调节在软着陆下落过程中的推力。嫦娥三号使用了我国航天动力研究院专门研制的1500~7500牛变推力发动机作为推进系统的主发动机，这台变推力发动机不仅用于嫦娥三号的软着陆任务，还将用于完成嫦娥三号直接奔月轨道飞行期间的中途修正、近月制动和变轨任务。

按照预定程序，嫦娥三号在100千米高度圆形绕月轨道运行数圈稳定状态后，变推力发动机将择机点火，使嫦娥三号减速进入100千米×15千米椭圆形轨道，但嫦娥三号在15公里近月点时仍有高达1.6千米/秒的高速度。所以变推力发动机在15千米近月点要再次点火，并进行较长时间的持续工作，将嫦娥三号的水平速度快速降低，当嫦娥三号高度降低到2千米左右时，其水平速度将降低到0千米/秒。随后，姿控发动机将嫦娥三号姿态从底部朝前调整为底部朝下，开始进入垂直受控下落阶段。嫦娥三号将在变推力发动机的反推下逐渐下落，在距离月面100米高度进行悬停，通过星载的着陆相机拍摄月面地貌，智能选取合适的着陆场区。嫦娥三号最后下降到4米高度后，变推力发动机先将垂直速度降低到0米/秒，随后关机，嫦娥三号以自由落体降落在月球表面。

可见，嫦娥三号的软着陆过程非常复杂，变推力主发动机在其中起到了至关重要的作用，是嫦娥三号研制的主要难点之一。

嫦娥二号任务时拍摄了分别率达1.3米级的月球虹湾区三维影像，为嫦娥三号的着陆任务落点选择提供了很大帮助。

嫦娥三号可智能自主选择着陆区

嫦娥二号拍摄了虹湾地区1.3米分辨率的高精度影像，为嫦娥三号的落区选择提供了很大帮助，但这还远不能保证嫦娥三号的成功落月。因此，嫦娥三号探测器还携带了测速测距雷达、降落相机、激光测距仪等探测设备，配合先进的导航控制系统，确保软着陆过程的安全。按照设计要求，嫦娥三号要具备识别8度以上陡坡的能力，并识别高度大于0.2米的凸起物，据此避开崎岖月面选择一块大于10米X10米范围的安全落区。

根据避障要求，嫦娥三号下落过程中还要进一步细分飞行阶段，其中距离月面2千米到100米的接近段，属于粗略障碍检测和规避阶段，嫦娥三号上的着陆相机将拍摄预定登陆地区，避开大块不平坦的地形和较大的障碍物，选择边长100米以上范围的安全着陆区域。100米到30米高度，属于精细避障下落阶段，这个阶段将先在100米高度悬停，垂直拍摄分辨率更高的影像，据此选择安全的着陆地点，随后向选定的着陆点移动。30米高度以下为慢速下降段，嫦娥三号探测器将缓慢下降，最后由星载的伽马射线高度计在预定高度给出关机信号，最后自由落体降落到月球表面。

按照设计要求，嫦娥三号与月面接触时，水平速度要小于1米/秒，探测器垂直方向姿态与重力方向夹角小于3度。

嫦娥三号携带的月球车，为保证月球车在月面夜间的极端低温中不被冻坏，月球车上安装了同位素热源用于夜间内部设备恒温。

月球车可探测月表下100米深度结构

在着陆后，嫦娥三号探测器将由着陆器和月球车联合进行科研考察，其中着陆器携带7台科学仪器，月球漫游车携带8台仪器，着陆器和月球车将联合对着陆区附近地形地貌和地质构造进行详查。嫦娥三号着陆器携带的载荷包括全景相机、降落相机、工程载荷、月壤探测仪、近紫外望远镜和极紫外望远镜等设备，其中近紫外望远镜将用于开展月基天文研究，也是国际上首次使用月基望远镜对重要天体光变进行长期连续监测，它还将用于对银河系进行成像，成像素材不仅用于科研，还将用于天文科普教育工作。着陆器上的极紫外相机将用于监测地球的电离层，探测地球环境的变化，这样的科研观测同样是国际首创。

嫦娥三号的月球车具有最大爬坡30度、最大越障0.25米的能力，它将在着陆器3平方千米范围内活动，最长行走距离可达10千米左右。月球车具备信号发射能力，探测到的月球数据既可通过着陆器转发，也可直接由月球车发回地球测控站。月球车携带的载荷包括全景相机、测月雷达、粒子激发X射线谱仪和红外光谱仪等探测设备，利用全景相机它可以识别前方3米的地貌，不仅用于完成地貌探测任务，还可作为地形数据用于巡视器的自动拐弯、自动避障和自动导航操作。尤其是巡视器还安装了超宽带测月雷达可对月表一下100~200米深度的地下结构进行探测，这是月球探测史上的创举，将对月球次表层探测工作做出中国独有的贡献。

由于月球昼夜长达17天，漫长的月夜可让月面温度降低至零下183度。为了让月球车能渡过如此苛刻的严寒，我国科学家还在月球车上安装了放射性同位素热源，以维持一定温度保证月球车不被“冻僵”，能在月夜结束后“唤醒”继续工作。这是我国首次将核能用于航天器。

美国好奇号火星车降落时，轨道上的火星侦察轨道器实时拍摄着陆的震撼场面。对公众来说是非常好的宣传。

中国航天还应注意公众公关

嫦娥三号不仅是我国迄今为止设计最精密复杂的航天器，它还是人类自1976年苏联Luna 24探测器以后发射的第一个月球软着陆探测器。无论是平台本身、还是所搭载的科研探测仪器，嫦娥三号都可以说是现有最先进的月球探测器。

但嫦娥三号的缺点在于过于实在，不设轨道舱，就无法拍摄其落月时复杂而精彩的机动过程。花了大力气做到世界第一，却无法充分表现出来，这未免过于吃亏。月球探测、深空探测目前仍缺乏实际意义，所以外国此类项目都非常注重宣传，拍下大量精美图片及视频，以激发公众对外太空探索的热情，最大限度争取支持。前述日本辉夜姬2和印度月船二号落月探测器就都设置了轨道舱。

所以，中国航天还应注意改变埋头搞科研的传统思路，才能在社会思潮多样化的今天争取更多公众支持。

从着嫦娥三号的配置上看，其他宇航先进国家有的技术，嫦娥三号上都不缺，而且中国工程师们还为嫦娥三号增加了一些前人没有从事过的任务。作为冷战结束后多年来首个造访月球表面的航天器，中国航天界算是交出了一份令人满意的答卷。