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探月专题:徐世杰校友--“嫦娥一号”卫星测量月壤厚度是亮点

发布时间:2019-10-27 21:08:11

    在嫦娥一号脱离地球飞向月球之际,中国深空探测领域知名专家徐世杰教授2007年11月01日接受了《广州日报》记者赵琳琳专访。

    徐世杰,男,1951年10月生人。北京航空航天大学宇航学院教授、航天飞行器与导弹技术系副主任、博士生导师,院学术及学位委员会委员。1976年毕业于东北林学院机械系,1983年和1995年获哈尔滨工业大学飞行力学专业硕士学位和法国亨利.宠加雷大学自动化专业博士学位。分别于1989年、1993年和1997年任哈尔滨工业大学副教授、教授和博士生导师。1990年至1995年为法国南锡自动化研究中心和卢森堡公立亨利-多铎研究中心研究员、法国亚眠大学客座教授。1998年2月至1999年1月、1999年11月至2000年1月为法国亚眠大学客座研究员、法国亨利?庞加雷大学客座教授。
    主要研究方向是空间飞行器、机器人和汽车的动力学与控制,鲁棒控制理论及应用。曾获国防科工委和航天部科研成果才等奖一项、三等奖两项。在国内外学术刊物和会议上发表论文80余篇。曾担任1998年Advances on IEEE Vehicle Control国际会议IPC成员和两个sessions的主席。 
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    我国上世纪90年代已经开始调研探月工作,第一颗卫星的发射是为了实现初期目标,检测我国的航天技术能力。 

    经济价值超越政治价值 

    徐世杰表示,因为西昌的位置是在北纬28度多,和月球的纬度位置差不多,月球围绕地球公转的时候,白道和赤道的交角也是28度多,需要的相位调整比较小,因此选择西昌发射比较节约燃料。  
    徐世杰表示,尽管“嫦娥计划”从2004年就开始立项,但从上世纪90年代已经开始进行理论研究,只是并未立项而已。
    2001年,国防科工委开始组织探月的前期论证,提出了立项建议,2004年国家批复正式立项。
    当时主要是国内外情况的调研分析,研究探月项目的必要性、目的和意义等,并打出了立项建议,此前有部分深空探测领域的知名专家参加了大量的国内外情况调研和分析。 
    在前期调研问题上,国家最关心的是,如果要投巨资搞这样一个项目对于国家来讲有什么样的好处。当然,目前我们来看实行登月计划对于我们的政治和科技等都有很大的带动作用,对于经济发展也有很好的促进作用。政治上可以凝聚人心,提高民族自豪感,激发大家的创新意识。  
    不过,就探月来说,现在很少有国家再直接关心它的政治意义,月球本身的科研和经济价值已经开始越来越引起大家的兴趣。徐世杰表示,月球上没有空气、没有水,没有风雨侵蚀,保留了太阳系形成初期的许多痕迹,对研究太阳系和地球的起源很有帮助。 

    在月球上更好观测天文 

    “月球上没有月震,也没有火山,没有大气折射和吸收,清晰度比地球高很多倍,对天文观测有很大意义。此外,月球上蕴藏的氦-3是一种非常清洁的能源,有人说能够使用1000年、一万年,但是究竟能够使用多少年,在没有详细勘探的前提下还无法确定。”他表示,目前人类在月球上的探测以面向地球的一面为主,而且轨道探测并不准确。“深层矿藏需要打井、钻探,依靠遥感估测并不准确,说月球能源可以用1000年并不是个准确的说法。美国、欧盟、俄罗斯、日本等国家都制定了月球基地计划,最终将会在月球上建立基地,经过钻探来评估月球能源的开采价值。” 

    测量月壤厚度是亮点 

    我国的嫦娥计划分为三期,“绕、落、回”,目前这个计划细化到了二期,徐世杰教授表示,“我们应该把载人航天和探月结合起来,先由机器人在月球上着陆后再返回,然后载人登月,如果国力允许还应该有四期,那就是建立永久性的月球基地,宇航员定期轮换。” 
    他介绍说,嫦娥计划的一期就是将卫星发射到空中,进入绕月轨道,之后探月计划就紧接着转入二期。“一期和二期是完全不同的,一期卫星本身是利用成熟的技术和东方红三号改造的发射平台,否则我们很难在提出探月计划短短3年内就能够发射卫星。日本的月亮女神计划研究了近10年,最后还是把登陆器换成了一颗子卫星,可见探月还是很复杂、很困难的。”
    徐世杰教授介绍说,嫦娥一号的特色是有效载荷,也就是科学探测仪器。另外,提出了四个科学目标,包括探测空间环境、月球三维立体成像、探测月球表面的化学成分,以及探测月壤的厚度。 
    “在探测空间环境方面,收集到的数据最多的是智慧1号,它绕月飞行了1年多,围绕地球飞行332圈,我们绕地飞行5圈后到月球,飞越整个地月空间的时间是10天左右。  

    在四个科学目标中,最有特色的是探测月球土壤的厚度,其他三个目标别的国家都不同程度地做过,我们再做的目的是取得一手的资料,做得更完整一些,而探测月壤的厚度其他国家基本没有涉及。”
    徐世杰表示,“这个非常难,主要是借助科学仪器来探测,月球土壤成分复杂,最上面一层是火山灰,而且由于月球上火山多,火山坑也很多,有火山的地方月壤可能薄得只有几十厘米,没有火山的地方可能厚达几米,所以很难进行探测,这是我们的特色和亮点。”

    “嫦娥”检验发射测控能力 

    徐世杰表示,第一颗卫星的发射是实现我们的初步目标,主要是为了检测我国的航天技术能力本身,过去卫星只能发射到3万公里以外,而“嫦娥一号”将被发射到38万公里以外。 
    “在那样的距离外,卫星是否能够正常工作,主要检验我们的发射能力和测控能力,我国目前还没有能力足够的深空监测网,发射后为了确保能够有效监测,国内的4个天文台要同步工作进行监测,协助测控和数据接收。”
    徐世杰还表示,绕月飞行的高度约为200公里,二期着陆时首先要把轨道下降到100公里左右。首先定点着陆探测,下一步再释放月球车。 
    这样一步一步解决重大技术问题风险比较小,如果在不知道月球表面状况的情况下,让着陆器直接着陆定点测量,并在定点的位置释放月球车,万一月球车撞上了月面的凸出部分或进入火山坑,那么我们的着陆器和月球车就全毁了。
    首先安全降落,之后就是月球车如何释放的问题,每一项重大的技术都要经过验证。以前美国和俄罗斯就发生过无法释放月球车的问题,美国在探测火星的过程中,也发生过着陆器被撞毁的事故。 

    冷战后探月一度中止 

    徐世杰教授介绍说,在月球上着陆在上世纪70年代已经完成了,以后建立基地也会有许多新的技术问题,解决这些技术问题会带动许多新的发明创造。
    上世纪60到70年代,由于冷战,美国和前苏联在航天领域的竞争非常激烈,一前一后实现了探月载人航天。冷战结束后,人们还没有发现月球的经济价值,认为探月花费巨大因此都停滞了。上世纪90年代以后,世界各国又开始了探月活动。
    日本发射了飞天探测器,主要是为了验证自己的航天技术,美国1994年发射了“克莱门汀”探测器,1998年发射了“月球探测者”,后来欧洲又发射了智慧号,日本于9月14日发射了“月亮女神”,印度也将于明年4月发射“月船一号”月球探测器。  
    各国的计划还远远不止这些,欧盟制定了“曙光”计划,这个制定于2002年的计划包括探月、载人登月、载人登火星等一系列动作。欧洲人认为这个计划能够使欧洲重返世界科技之巅。 

    据说英国要独立探月 

    欧洲的计划刺激了美国,2004年,美国总统布什宣布美国在2004年开始制定太空计划,2005年美国也有了相关计划,有消息说,今年这个计划有了改动,美国在设计研制一个“乘员组飞行器”,可以乘坐6个人,将来可以代替航天飞机,不但可以登月还可以登火星,目前美国正在制作样机,不过最终的飞行器还没有定型。 
    此外,俄罗斯也有载人登月和登火星的计划,俄罗斯的新飞船“快船”正在设计中。日本的探月计划已经实施了很久,但是距离载人航天还有很大的距离。2000年后,日本有两个项目,一个是“月球A”计划,原计划在2003年发射,不但进行环月飞行,而且带有两个可监测月震的穿透器,后来在地面试验时被损坏,这个计划因此下马。目前,有消息说英国也要独立探月。