作者:張亦馳 1月3日上午,中國(guó)嫦娥四號(hào)月球探測(cè)器成功軟著陸在月球背面,并通過“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖。這次落月,使得中國(guó)成為世界上第一個(gè)在月球背面軟著陸探測(cè)器的國(guó)家。人們或許會(huì)問,美、俄的航天技術(shù)都很強(qiáng),為什么這個(gè)第一讓中國(guó)奪得了。實(shí)際上,美蘇也先后開展過大規(guī)模的探月活動(dòng),給月背拍過照片,也硬著陸過。甚至在阿波羅計(jì)劃的后期,打算在月球背面軟著陸,但由于種種原因,沒有實(shí)現(xiàn)月球背面的軟著陸。 月球背面一支吸引著認(rèn)為。圖為美國(guó)月球勘測(cè)軌道器拍攝的月背。 上世紀(jì)五六十年代是航天業(yè)大發(fā)展的年代??梢哉f,那時(shí)候航天技術(shù)的強(qiáng)大,代表者一個(gè)國(guó)家甚至一種制度的強(qiáng)大與優(yōu)越,美蘇無不投巨資展開風(fēng)險(xiǎn)巨大的航天活動(dòng)。 其實(shí),美國(guó)人在探月方面最初并不落后,只不過運(yùn)氣沒在美國(guó)人這邊。五十年代末,美國(guó)人的探月火箭總是先發(fā)射。與此同時(shí),蘇聯(lián)的探月火箭也會(huì)部署在發(fā)射臺(tái)上。科羅廖夫會(huì)等待美國(guó)人的消息,如果最初的發(fā)射成功了,蘇聯(lián)也會(huì)發(fā)射火箭,如果成功,他會(huì)以一個(gè)更快的軌道首先抵達(dá)月球。如果美國(guó)的火箭失敗了,則蘇聯(lián)人就會(huì)退下火箭,繼續(xù)完善它的設(shè)計(jì)。之所以這樣搞,是因?yàn)榭屏_廖夫?qū)ψ约旱幕鸺龥]底。在雙方經(jīng)歷了多次失敗之后,蘇聯(lián)終于完成了探測(cè)器的近月飛行和撞擊月球,緊接就著手拍攝月背影像了。 蘇聯(lián)的月球3號(hào)首次完成月球背面的拍攝任務(wù)。 1959年10月7日,莫斯科時(shí)間6時(shí)30分,位于月球背面上空的月球3號(hào)探測(cè)器的攝像系統(tǒng)投入工作,在40分鐘時(shí)間內(nèi),它用兩個(gè)鏡頭拍攝了29張?jiān)虑虮趁嬲掌?。?dāng)天,第一張照片就通過無線電系統(tǒng)傳回了地球,但除了顯示月球是圓的以外,看不出任何細(xì)節(jié)。 在后來的傳送中,為了降低無線電噪音,提高接受信號(hào)強(qiáng)度,蘇聯(lián)在黑海實(shí)行了無線電靜默管制措施。終于在第5次嘗試時(shí),信號(hào)得到極大改善,29張照片中17張可以使用,這些照片覆蓋了月球背面70%的面積。這些照片顯示,月球背面布滿了火山坑,甚至比近地面更多。 月球3號(hào)于1959年10月4日發(fā)射,是蘇聯(lián)發(fā)射的第3顆月球探測(cè)器。第一顆被稱為蘇聯(lián)的第一艘宇宙飛船,因?yàn)樗_(dá)到了第二宇宙速度,該探測(cè)器最后在距離月球5965千米處掠過,進(jìn)入火星和地球之間的太陽軌道,它算是人類探月活動(dòng)的偉大開端;第二艘“宇宙飛船”實(shí)現(xiàn)了撞擊月球。第三顆也就是實(shí)現(xiàn)月背拍照的月球探測(cè)器最初被稱為“自動(dòng)星際站”,型號(hào)為Ye-2a,專為拍攝月球背面研制。直到1963年,這些探測(cè)器才被重新以“月球”系列命名。 月球3號(hào)安裝了一部雙鏡頭(焦距分別為200毫米和500毫米)相機(jī),探測(cè)器上擁有底片沖洗裝置,可對(duì)照片進(jìn)行自動(dòng)沖洗、卷收和烘干,并用陰極射線電視系統(tǒng)進(jìn)行掃描。按照西方的報(bào)道,當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)還不能制造防輻射的膠片,防輻射膠片在探測(cè)器穿越輻射帶并飛往月球的空間環(huán)境中經(jīng)受住空間輻射而不會(huì)失效。當(dāng)時(shí)美國(guó)的一種高空偵察氣球經(jīng)常從歐洲飛到蘇聯(lián)領(lǐng)空進(jìn)行偵察,它使用的膠片是防輻射的。于是蘇聯(lián)就收集了這些落在蘇聯(lián)領(lǐng)土上的氣球中的照片,用于太空項(xiàng)目。 基于月球3號(hào)探測(cè)器的數(shù)據(jù),蘇聯(lián)科學(xué)院于1960年發(fā)布了月球背面的地圖集,并對(duì)其中能夠分辨的500個(gè)地貌特征進(jìn)行了命名。其中一個(gè)隕石坑直徑約900公里,相當(dāng)于英國(guó)的長(zhǎng)度。 1965年7月18日,蘇聯(lián)發(fā)射了探測(cè)器3號(hào)探測(cè)器,它原本用來拍攝火星,但是錯(cuò)過了發(fā)射窗口,所以被用來為月球背面拍攝。它的照片質(zhì)量更高,而且覆蓋了月球3號(hào)未能覆蓋的其余30%的月背面。它拍攝的照片顯示,月球背面隕石坑密密麻麻。1967年,根據(jù)探測(cè)器3號(hào)的數(shù)據(jù),莫斯科出版了“月背地圖集”的第二部分,它包括4000個(gè)新發(fā)現(xiàn)的月背景觀特征。同年,第一張完整的月球地圖在蘇聯(lián)發(fā)布,它覆蓋了95%的月球表面。蘇聯(lián)這兩次對(duì)月球背面的拍攝,使得其能夠命名月球的很多地方,但在冷戰(zhàn)時(shí)期,這也引發(fā)很大爭(zhēng)議。 阿波羅16號(hào)拍攝的月球背面。 其實(shí)在探月方面,美國(guó)人起步并不晚。最初的幾次探月發(fā)射,美國(guó)都早于蘇聯(lián),只不過都以失敗告終。蘇聯(lián)獲得了最初的成功極大刺激了美國(guó),這加快了美國(guó)的探月計(jì)劃,也很快迎來了成功。 1962年4月26日,美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的徘徊者 4號(hào)探測(cè)器成為第一個(gè)撞擊月球背面的太空探測(cè)器,但是它在撞擊前未能發(fā)回任何科學(xué)數(shù)據(jù)。這是一次成功的撞擊,但是徘徊者4號(hào)并不是一個(gè)成功的探測(cè)器。徘徊者 4號(hào)航天器是20世紀(jì)60年代初NASA發(fā)射的用于探測(cè)月球的9個(gè)徘徊者系列探測(cè)器中的一個(gè),原本用于收集行星際空間的數(shù)據(jù),近距離拍攝月球并在月球表面進(jìn)行硬著陸。然而由于它搭載的計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障,導(dǎo)致其太陽能電池板和導(dǎo)航系統(tǒng)未能展開和工作,徘徊者4號(hào)未能實(shí)現(xiàn)其科學(xué)探測(cè)的目標(biāo)。 美國(guó)宇航局于1966年至1967年實(shí)施的無人月球軌道器計(jì)劃進(jìn)行了第一次真正全面、詳細(xì)的月背地圖繪制調(diào)查。這也是為了阿波羅計(jì)劃的登陸選址。而對(duì)月背面的大部分繪制是由該系列的最后一個(gè)探測(cè)器月球軌道器5號(hào)提供。 而人類的雙眼首次直接看到月球的背面,還是在1968年阿波羅8號(hào)任務(wù)期間。執(zhí)行阿波羅8號(hào)任務(wù)的宇航員是弗蘭克·博爾曼、吉姆·洛威爾與威廉·安德斯。他么于1968年12月21日發(fā)射升空,完成繞月飛行后于12月27日成功返回地球。宇航員威廉·安德斯這樣描述了月球背面的景色:背面看起來像我的孩子們?cè)谏厦嫱媪艘欢螘r(shí)間的沙堆。 從那之后,從阿波羅10號(hào)到阿波羅17號(hào)的所有任務(wù)組成員觀察到了月球背面,并通過多個(gè)月球探測(cè)器拍攝到月球背面。當(dāng)然也包括1969年歷史性地登陸月球的阿波羅11號(hào)。而緊隨阿波羅8號(hào)的波羅9號(hào)把研究重點(diǎn)重新放到了重要的登月艙近地軌道測(cè)試,并未關(guān)注月球背面。 地月系統(tǒng)的5個(gè)拉格朗日點(diǎn)。 顯然,人類并不滿足于僅僅是看到月球背面或者發(fā)射一個(gè)探測(cè)器撞擊月球背面。天文學(xué)和科學(xué)界一直設(shè)想把射電天文望遠(yuǎn)鏡和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡布置在月球背面。月球背面不僅可以免受來自地球的無線電干擾,還可以免受地球上耀眼的太陽光照射。這些望遠(yuǎn)鏡可以安裝在隕石坑內(nèi),將為人類提供一個(gè)前所未有的、不受干擾地深入觀察宇宙深處的清晰視角。 在阿波羅計(jì)劃的后期,已經(jīng)有科學(xué)家開始考慮在月球背面軟著陸了。阿波羅17號(hào)的任務(wù)組宇航員、地質(zhì)學(xué)家哈里森·施密特就積極游說NASA,讓他們著陸于月球背面的 “齊奧爾科夫斯基”隕石坑。 但是,在月球背面降落面臨著更大的風(fēng)險(xiǎn)。執(zhí)行阿波羅16號(hào)任務(wù)的宇航員查理·杜克則這樣描述月球背面:“我們與地球失去了聯(lián)系,也沒有信號(hào)……月球的背面非常崎嶇。我可不想在月球背面著陸?!痹谠卤澈叫械暮教炱鞑荒芘c地球建立直接的無線電通信,如果宇航員在月球背面出了什么問題的話,他們就得不到地球的任何技術(shù)援助?!拔覀兿胍c地球保持聯(lián)系,所以我們不能在月球的另一邊著陸?!辈槔怼ざ趴苏f。 在拉格朗日L2點(diǎn)附近部署一顆中繼衛(wèi)星,可以解決通信問題。 地面指揮中心同樣感到緊張。當(dāng)阿波羅8號(hào)宇宙飛船繞月球背面飛行時(shí),它的對(duì)地信號(hào)中斷了大約10分鐘,它只能在人類從未去過的地方孤身奮戰(zhàn),而且這時(shí)候,服務(wù)艙的主發(fā)動(dòng)機(jī)要點(diǎn)火。對(duì)于任務(wù)組人員和任務(wù)控制中心來說,失去聯(lián)系的時(shí)間是一段非常令人擔(dān)心的時(shí)間。當(dāng)阿波羅8號(hào)繞過月球背面時(shí),休斯頓任務(wù)控制中心飛行團(tuán)隊(duì)中的許多人都松了一口氣。因此,要想在月球背面著陸,首先要解決通信問題。這就需要一顆中繼通信衛(wèi)星,來充當(dāng)?shù)厍蚩刂普竞臀挥谠卤车娘w船的二傳手。 即便在當(dāng)時(shí),這在技術(shù)上也并不難解決。在地月系這樣的兩天體系統(tǒng)中,如果引入一個(gè)質(zhì)量和體積與天體相比可以忽略不計(jì)的航天器,就可以找到5個(gè)可以使航天器受力平衡的點(diǎn),也稱5個(gè)拉格朗日點(diǎn)。如果將一顆衛(wèi)星打到月球遠(yuǎn)端的拉格朗日L2點(diǎn)附近,可以通過軌道控制,以很小的代價(jià)讓衛(wèi)星圍繞L2點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。如果這個(gè)軌道半徑足夠大,從地球看過去,繞L2點(diǎn)的軌道就像月球外面的光暈一樣,所以被稱為暈軌道。中國(guó)的“鵲橋”中繼衛(wèi)星實(shí)際上就位于這個(gè)軌道上。 施密特雄心勃勃的提議就包括一個(gè)基于當(dāng)時(shí)已經(jīng)存在的TIROS氣象觀測(cè)衛(wèi)星研制的特殊通信衛(wèi)星,將其發(fā)射到L2點(diǎn)周圍的暈軌道上,以便在宇航員的動(dòng)力下降和月球表面行動(dòng)期間保持與宇航員的無線電接觸。 另一種方案是使用一種當(dāng)時(shí)為國(guó)防部建造的軍事通信衛(wèi)星。除了那些計(jì)劃發(fā)射的該系列衛(wèi)星之外,還有兩個(gè)備份完成建造并被存儲(chǔ)起來,以備在軌衛(wèi)星發(fā)生故障的情況下進(jìn)行替換。其中一個(gè)可能用于阿波羅17號(hào)。但是無論哪個(gè)方案,它需要改進(jìn),并且需要足夠的錢。 最終NASA的規(guī)劃者仍然以增加風(fēng)險(xiǎn)和缺乏資金為由拒絕了這些計(jì)劃。當(dāng)時(shí)阿波羅計(jì)劃總共花費(fèi)了240億美元,1969年也就是美國(guó)登月的那一年,美國(guó)的國(guó)民生產(chǎn)總值為9300億美元。更為關(guān)鍵的是,在載人登月計(jì)劃上美國(guó)幾乎是完勝蘇聯(lián),已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了其政治意義,他們需要一個(gè)更保險(xiǎn)的結(jié)局,哪怕有一點(diǎn)小小遺憾。同時(shí),美國(guó)顯然不想再把過多精力放在探月上,而是瞄準(zhǔn)了更為廣闊的深空。 蘇聯(lián)在登月計(jì)劃上敗給了美國(guó),也想在新一輪深空探測(cè)中獲取優(yōu)勢(shì),月球就這樣被忽略了。而到了九十年代,蘇聯(lián)解體,俄羅斯更沒有精力重返月球背面了。 進(jìn)入新世紀(jì),NASA的月球勘測(cè)軌道飛行器再次飛向月球,精確地繪制出了月球近地面和背面的地圖,為后續(xù)可能的登月計(jì)劃奠定了基礎(chǔ)。 |
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