第6章 人类探月之路(2)

如果月球探测器要在月球上着陆，它可以从接近月球的轨道上直接着陆于月球，也可以从月球卫星轨道上经过机动飞行在月球上着陆，但由于月球没有大气层，无论哪一种着陆方式都需要在探测器下降过程中用火箭发动机制动，以便实现软着陆。

美苏发射的月球探测器已实现的轨道路线有以下几种：

飞越月球轨道：探测器从地球表面或地球轨道附近发射，沿抛物线或双曲线越过月球的轨道，然后飞向太阳系，成为人造行星，如“先驱者4”号，“徘徊者3”号、“徘徊者5”号，“月球6”号和“探测器3”号。

击中月球轨道：探测器从地球表面或地球轨道附近发射，沿椭圆、抛物线或双曲线直接击中月球的轨道，如“月球2”号，“徘徊者7”号、“徘徊者8”号、“徘徊者9”号。

绕月飞行轨道：探测器从地面或近地卫星轨道起飞，沿椭圆轨道绕过月球返回到地球附近的轨道，如“月球3”号。

月球卫星轨道：探测器从地球表面或地球轨道附近发射，经轨道修正、调姿，进入月球引力场作用范围，再经制动火箭点火和速度修正，被月球引力场捕获，环绕月球运动的轨道，如“月球10”号、“月球11”号、“月球12”号、“月球19”号、“月球22”号，“月球轨道器1”号、“月球轨道器2”号、“月球轨道器3”号、“月球轨道器4”号、“月球轨道器5”号。

月球软着陆轨道：探测器从接近月球轨道上或从月球卫星轨道上经过机动飞行，利用反推火箭在下降过程中减速，实现在月面软着陆的轨道。如“月球9”号、“月球13”号以及带有月球车的“月球17”号、“月球21”号，“勘测者1”号、“勘测者3”号、“勘测者5”号、“勘测者6”号、“勘测者7”号。

月球—地球轨道：月球探测器在月面上完成摄影、采样等任务后返回地球的轨道，如：“探测器5”号、“探测器6”号、“探测器7”号、“探测器8”号，“月球16”号、“月球20”号、“月球24”号。

知识点月球卫星轨道

月球卫星轨道是环绕月球运动的航天器质心的运动轨迹。月球卫星是以地球为基地发射的，经历多次机动飞行以后才能进入月球卫星轨道。月球质量是地球质量的1/813，月球表面的环绕速度只有168千米/秒，逃逸速度为236千米/秒。与人造地球卫星轨道摄动相似，月球卫星受到的主要摄动力是太阳引力和地球引力。在日、地引力作用下，月球卫星轨道可能变得越来越低，最终与月球表面相撞，也可能越来越高，最终脱离月球引力场。月球卫星轨道的稳定性主要取决于地球和太阳的引力。

前苏联的探月活动

20世纪50～70年代，在冷战背景下，美国和前苏联为了争夺霸权围绕月球探测展开了空前的太空竞赛，从而拉开了近月探测的帷幕。

“闪电”号火箭1959～1970年，前苏联利用“闪电”号火箭等，先后发射了24颗月球探测器。此时，前苏联在月球探测方面遥遥领先于美国，并取得了许多重要成果。例如第一次实现月球硬着陆，击中月球；第一次飞越月球背面，拍摄到月球背面的照片；第一次实现探测器月面软着陆，在4天中，向地球发回了全景照片和辐射资料；成功地发射第一颗月球卫星，首次实现环月飞行；第一次实现环月飞行后安全重返地球；第一次实现无人驾驶飞船登月取样并返回地球；第一次实现无人驾驶月球车在月面行驶并进行科学探测等。1964年4月，前苏联成功研制出一种新型的功能比较齐全的月球探测器——“探测器”号。

“探测器1”号～“探测器3”号的质量为890千克，“探测器4”号～“探测器8”号的质量则达到5600千克，这8个探测器号各有各的职责。

1965年7月20日，“探测器3”号在距月面11600千米处掠过月球，进入月球轨道。它在飞过月球期间，拍摄到25万张月球照片，基本上弥补了月球3号探测器没有拍摄到的月球表面，从而获得了月球背面完整的概貌图。它拍到的图像清晰逼真，人们通过这些图像识别了月球上不同区域的3000多个地形。

前苏联“月球19”号探测器1969～1976年，前苏联发射了“月球15”号～“月球24”号探测器。相对于早期的月球号探测器来说，这批探测器已演变为月球自动科学站。其中，1970年9月12日发射的“月球16”号探测器顺利到达月球后，用它自带的小勺挖取了01千克月球岩石样品并自动送回地球，使人类首次获得月球表面物质的标本。

1970在11月17日，“月球17”号探测器携带着世界上第一个无人驾驶月球车——“月球车1”号成功地在月面软着陆，“月球车1”号在地面工作人员的遥控下勘探了月球表面8万平方米的地域，进行了200多次土样测验，并用X射线望远镜扫描了天空，获取了大量资料。“月球车1”号在月面上行驶了105千米，后来“月球211”号探测器带上“月球车5”，“月球车2”号行驶了37千米。“月球车”底盘上装有电动机驱动和电磁继电器制动的轮子，靠特性吊架减少震动，能源采用的是太阳能电池和蓄电池。本来月球车可取得更大的成果，但由于地月间距离遥远，通信中存在25分89秒滞后问题，“月球车”每完成一个动作后，地面工作人员需等待它将动作结果反馈回地球后才能指示进行下一个动作，这样操作效率就低得多。

1976年8月18日，“月球24”号探测器在月球危海东南部软着陆，它携带的挖掘机从2米深处挖出了1千克岩石，8月22日回收舱带着岩石平安地降落在前苏联的西伯利亚地区，为前苏联的月球探测画上了一个圆满的句号。

随着“阿波罗”工程的进展，飞船在月面软着陆的试验摆到了重要日程上。为此，美国设计了新型月球探测器——“勘测者”号。前苏联在月球探测中取得的重要成果表

探测器成果“月球2”（1959年）第一个成功发射月球探测器，第一次实现月球硬着陆“月球3”（1959年）第一次飞越月球背面，拍摄到月球背面的照片“月球9”（1966年）第一次实现探测器月面软着陆“月球10”（1966年）第一次实现环月飞行“探测器5”（1968年）第一次实现环月飞行后安全重返地球“月球16”（1970年）第一次实现无人驾驶飞船登月取样并返回地球“月球17”（1970年）第一次实现无人驾驶月球车在月面行驶并进行科学探测美国的探月活动

面对月球探测落后前苏联的局面，美国总统肯尼迪和副总统约翰逊开始策划一个能够吸引公众注意力，并一举改变美国在太空竞赛中落后局面的计划，这就是后来被命名的“阿波罗”计划。

为了争取20世纪70年代把人送上月球，60年代美国大力开展了3项载人探月工程，即“徘徊者”号、月球轨道器、“勘察者”号系列月球探测器，用宇宙神系列火箭发射，为登陆月球铺路。

“徘徊者”号

前苏联夺得一个又一个航天“第一”，美国自然不甘落后。作为反应，美国决定为载人登月“投石问路”，从1961年8月到1965年3月，美国先后向月球发射了9个“徘徊者”号探测器。

“徘徊者”号探测器是在“先驱者”号探测器的基础上改进过来的，上面装配了电视摄像机、发送和传输装置、分光计等设备。它的任务是在月面上硬着陆前拍摄照片，测量月球附近的辐射和星际等离子体等。它飞向月球时采用地—月轨道，中途校正一次轨道后再飞向月球。“徘徊者1”号～“徘徊者6”号探测器质量为300千克，“徘徊者7”号～“徘徊者9”号探测器增加了电视摄像设备，质量增加到370千克。不知是名字没取好，还是准备不充分，前几个“徘徊者”号探测器一直在地月间徘徊不前，历尽磨难。第1和第2个“徘徊者”号探测器被送入地球轨道后，由于上面级火箭不工作，探测器重新坠入大气层被烧毁。发射第3个时，虽然上面级火箭点火成功了，但推力过大，把探测器送到了远离月球37000千米的太空，使它成为了一个无人照管、无家可归的“流浪汉”。第4个开始还算顺利，但从地球轨道上起飞后不久，控制系统突然出现短路故障，失去控制的探测器像一匹脱缰的瞎马，撞到月球背后的环形山上，摔了个稀烂。紧随其后的第5个和第6个，在即将到达月球轨道时，不是火箭发动机突然熄火停止工作，就是电视摄像机莫名其妙地失灵，弄了个前功尽弃。

美国“徘徊者7”号拍的月面照片

在遭受六连败后，1964年7月28日发射的第7个“徘徊者”终于一路顺风到达月球表面，用它携带的6台电视摄像机发回4306幅电视图像，其中最后的图像是在它离月面只有300米远处拍摄到的，图像清楚地显示出月球上一些直径小至1米的月坑和几块直径不到25厘米的岩石。这是月球表面情形的首次电视直播。

乘胜前进的第8个和第9个“徘徊者”号探测器再立新功，分别发回7137张和5814张高分辨率的月球照片，进一步探明了在月球表面上有许多可容飞船降落的平坦之地。

美国“徘徊者”号月球探测器

“徘徊者”号的主要目的是为确定月球表面能否支撑住飞船，使之不致陷入月球尘土之中或压碎月面的薄壳，从而为载人登月做准备。“徘徊者”号系列均使用宇宙神火箭在卡纳维拉尔角发射，共发射了9颗“徘徊者”号探测器。其中“徘徊者7”号、“徘徊者8”号、“徘徊者9”号均成功地实现了在月球表面硬着陆，并发回了17259幅高分辨率的照片，从中得出了月面能支撑重物的结论。

“徘徊者”号探测器工作情况表

日期探测器名称运载火箭任务类型说明11961年8月23日“徘徊者1”21961年11月18日“徘徊者2”31962年1月26日“徘徊者3”41962年4月23日“徘徊者4”51962年10月18日“徘徊者5”“宇宙神SLV3-阿金纳B”硬着陆半软着陆“阿金纳B”再次启动失败星箭未能分离制导系统故障导致超速成功，首次击中月球卫星电力消失未能撞击61964年1月30日“徘徊者6”71964年7月28日“徘徊者7”81965年2月17日“徘徊者8”91965年3月21日“徘徊者9”“宇宙神

SLV3-阿金纳B”硬着陆已着陆，但未能发回照片成功成功成功

“勘测者”号

“勘测者”号系列探测器的任务是在载人登月之前，在月球上实现软着陆，试验软着陆技术，证明软着陆对人有没有危险，并选择载人登月的地点。“勘测者”号探测器发射重量为1000千克，高33米，用于支撑探测器由3条腿组成的着陆支架的底部直径为45米。每个探测器上都配有一台电视摄像机，通过一面转动的镜子来观察周围环境。勘测者号系列探测器利用宇宙神——半人马座火箭美国“勘测者”号月球探测器在卡纳维拉尔角发射，共发射了7颗“勘测者”号探测器。

“勘测者1”号、“勘测者3”号、“勘测者5”号、“勘测者6”号、“勘测者7”号均成功实现软着陆，“勘测者1”号、“勘测者3”号、“勘测者5”号、“勘测者6”号成功地着陆于月球赤道附近的暗区，“勘测者7”号成功地着陆于月球表面的环形山。“勘测者”系列的5次成功着陆，共发回了86000多张70毫米的高清晰照片，它们所获取的数据资料为“阿波罗”登月地点的选择提供了依据。

“勘测者3”号和“7”号上还配有月面取样器（可伸缩的掘土铲），由电视摄像机监视其掘土情况，以判断月面的硬度。“勘测者5”号、“勘测者6”号和“勘测者7”号上还带有α放射源，利用α粒子散射来对月球作化学分析。美国“勘测者”号月球探测器情况表

日期探测器名称任务类型运载火箭说明11966年5月30日“勘测者1”21966年9月20日“勘测者2”31967年4月17日“勘测者3”41967年7月14日“勘测者4”51967年9月8日“勘测者5”61967年11月7日“勘测者6”71968年1月7日“勘测者7”软着陆“宇宙神—

半人马座”美国首次成功软着陆着陆失败第二次软着陆着陆失败成功成功成功

美国月球轨道器为尽快完成“阿波罗”号飞船登月前的准备工作，美国采取兵分两路的办法，在“勘测者”号实地考察的同时，另一种月球轨道环行器则在绕月轨道上拍摄月球表面的详细地形照片，绘制细微部分的月面图，为“阿波罗”号船选择最安全的着陆点。月球轨道器由仪器舱、推进舱和防护舱组成，外形像一个去掉头部的锥体，底部直径为15米、高165米，它的4个太阳能翼展开时长度为372米。可为探测器的铁镍镉蓄电池充电并提供375瓦的电力。美国共发射了5颗月球轨道器，全部获得成功。