日本拉开探、登、驻的序幕 “月女神”空间探测器升空

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  日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)于2007年日本当地时间9月14日,在南部的种子岛航天中心(Tanegashima)用H-2A火箭发射“月女神”[又译“塞勒涅”(SELENE),现还叫“辉夜姬”(KAGUYA),后者是日本民间传说中一位居住在月球上的女神]轨道探测器。
  此次探月计划总研发费用达320亿日元(约合2.69亿美元),将以前所未有的精度对月球表面的地形进行全面观测,它是一个轨道器,所获数据将研究月球的各种特性,包括月球化学成分构成、地形结构、地表特征、重力场和粒子环境等,绘制月表的矿藏分布图,以及对土壤中的放射性元素进行分析,了解月球起源和演化过程。
  
  探月新科状元
  
  据称,“月女神”探测器这一计划不仅是日本为未来登陆月球迈出的第一步,而且是继美国“阿波罗”计划之后最大的月球探测项目。“阿波罗”计划主要是以月球赤道附近为中心展开考察活动,随后的许多月球考察也尚未获取月亮全球的详细观测数据。
  “月女神”探测器重要任务有3项:它将对月球进行全球、高精度观测勘查,以研究月球的起源和演变。地球上总是存在火山活动和地质运动,而这种持续变化的地质环境难以让科学家准确探究地球的起源。月球上则具备良好的观测条件,因此,通过“月女神”对月球的探测,不仅有助于理解地球和月球的起源,还有助于揭开太阳系早期的秘密。
  地球上有大气层,而月球上没有大气,因此太阳光直接照射到月球表面。“月女神”将在月球轨道绕月球飞行1年,在此期间,它将探测太阳是如何影响月球的。这些探测结果将为人类未来在月球建立科学营地提供科学数据。
  日本宇宙航空研究开发机构表示,月球所在的外太空比地球更有助于进行宇宙探测,那里没有人造无线电波等干扰,因此,无论是对地球的观测还是对广袤宇宙的探知,在月球上都要比在地球上要好。
  在工程方面,还将试验探测器进入月球轨道和姿态与轨道控制技术,所得数据将用于研究未来月球利用和载人探测的可能性。开发未来月球探测技术,为未来开发利用月球的可行性研究提供依据。
  
  世界第3今又来
  
  “月女神”探月计划最早始于1999年,基本设计花了2年时间,此后,2001年开始进入详细设计阶段。从2003年开始经过4年的维持设计和制造,才终于在2006年10月中旬接近尾声,但比预定时间延后了4年。
  


  它是个体形魁梧的大个子,由主卫星(Main Orbiter,也叫主轨道探测器)和2颗大小一样的子卫星[也叫子轨道探测器,即干涉测量子卫星[VRAD Satellite (Vstar)]和中继子卫星[Relay Satellite(Rstar)]组成,其中主卫星将观测月球的表面元素和矿物分布、表面和亚表面结构、重力场、剩余磁场以及高能粒子和等离子体环境;干涉测量子卫星主要负责测量月球的精确位置和运行轨迹以测量月球重力场;中继子卫星主要用于保障主卫星与地面的通信,并中继主卫星和地面站之间的多普勒测距信号,在世界上首次直接测量月球背面的重力场,其上的差分甚长基线干涉射电源和干涉测量子卫星用于最精确地确定月球的重力场。
  “月女神”的具体发射程序是:发射后“月女神”先进入高度270千米、倾角30.4°的地球停泊轨道。在该轨道上探测器点火进入地-月转移轨道,途中探测器还将进行2次轨道修正,第1次在发射24小时后进行,第2次在发射103小时后进行,以保证精确进入环月轨道。发射后5天左右,“月女神”进入近月点100千米、远月点13000千米、倾角为90°的初始环月轨道,在接近月球时,“月女神”将会突然减速下降,然后在离月球大约2400千米的椭圆形轨道上,先释放中继子卫星,使其进入近月点100千米、远月点2400千米的极轨道,然后释放干涉测量子卫星进入近月点100千米、远月点800千米的环月极轨道。最后,安装有大部分科学有效载荷的主卫星进行几次变轨,降低远月点高度,最后进入距月面100千米高的圆形极月轨道上工作1年。
  
  “一主二仆”有分工
  
  “月女神”主卫星采用三轴稳定姿态控制方式,分上、下2个舱,上舱顶面并排安装了2颗子卫星。其质量是3吨,其中推进剂重795千克。它采用2.1米×2.1米×4.8米的箱形结构,其中1个侧面装有面积为22平方米的单个太阳电池帆板,可提供3.5千瓦的功率,星上1.3米的S和X频段高增益天线安装在与太阳电池帆板成90°的另1个侧面上,用于与地球收发数据,星上数据容量为10吉比。地面接收采用X频段60米圆盘天线,设计寿命约为1年。
  它所携带的科学仪器将观测月球表面的元素和矿物分布、表面和亚表面结构、重力场、剩余磁场以及高能粒子和等离子体环境。
  


  干涉测量子卫星为1米×1米×0.65米的八角柱形结构,重50千克,柱的顶部中央安装有双极天线。它采用自旋稳定,无推进装置。柱的8个侧面贴装了70瓦的体装式硅太阳电池阵,该子卫星拥有1个X频段和3个S频段无线电发射机,与中继子卫星配合,能从地面进行甚长基线干涉测量技术精确测量离月面较近处(800千米以下)的月球重力场,从而探测到土壤下面是否有大块物质存在,通过测量重力场的分布,可获得月球演变的信息。
  中继子卫星的大小、外形与干涉测量子卫星一样,采用自旋稳定,主要负责转发主卫星与地球站之间的通信信号,同时也采用甚长基线干涉观测的原理测量离月面较远处(2400千米以下)的月球重力场。其顶部装有用于同地球通信的S/X波段偶极子天线,侧面装有用于与主卫星通信的S波段天线,主要负责转发主卫星与地球站之间的通信信号,同时也中继干涉测量子卫星和地面站之间的4路多普勒测距信号,实现世界上首次直接测量月球背面的重力场。
  
  科学仪器多而全
  
  “月女神”探测器共携带15台科学仪器,其中主卫星上有X射线光谱仪、γ射线光谱仪、光谱轮廓仪、多谱段成像器、地形照相机、月球雷达探测仪、激光测高计、月球磁强计、等离子体成像器、等离子体分析仪、带电粒子光谱仪、高清电视摄像机;干涉测量子卫星有甚长基线干涉测量仪和射电科学装置;中继子卫星有甚长基线干涉测量仪和通信转发器。
  
  雄心勃勃展宏图
  
  日本很早就提出了建造永久月球基地的2025计划:从2005年到2015年,该机构将主要完成月球的探查和技术开发并投入实际运行;从2015年到2025年,将完成月球资源利用的技术积累;2025年将着手建立以月球表面为据点的月球空间活动站,达到能够很好地开发并利用月球上的资源,这是日本开发月球计划的最终目标 ,也是和其他国家的最大不同。
  


  2006年4月13日,日本宇宙航空研究开发机构理事长立川敬二宣布,日本将在10年内派机器人登月。他说,带回月球物质非常重要,需要彻底探测。虽然美国人早已完成月球登陆,但“阿波罗”计划所探索的只不过是月球的一部分,月球背面很多区域还是未知数。而日本计划发射到月球的探测器将对这些区域进行仔细的勘测,以期得出精确的数据,力争把在月球表面采集的样本带回地球,以探究月球的起源。作为登月计划的一部分,日本打算启用拟人化机器人开发月球基地。经过改装后的“升级版拟人化机器人”可以代替航天员在月球上特殊的环境下工作。比如,操作望远镜、探矿和采矿。
  2006年8月2日,日本宇宙航空研究开发机构的官员又表示,他们计划在2030年在月球建立一个无人驻守的基地。这项计划的具体步骤包括在2007年发射月球探测器,然后再先后发射1~3个探测器登陆月球,在月球上搜集相关标本和进行月球探测研究。据计划,日本将在2020年左右把航天员送往月球,由这些航天员逐步开始月球基地的建设,预计花费10年的时间,整个基地将在2030年竣工。基地一旦建成,将由若干航天员负责基地的基本运作和设备操作。此前,日本曾将2025年定为建成月球基地的目标时间,此次宣布的计划延后了5年。
  除还在研制月球着陆器外,日本宇宙航空研究开发机构现已同时开展相关的月球科学、月球活动及一系列关键技术的开发,如月面定点着陆的制导、导航与控制;保证安全着陆的自主障碍探测与规避;吸收着陆冲击的软着陆机构;月球表面巡视探测器。(士元)
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