我觉得SMART-1有很多值得我们借鉴的东西。它在勤奋工作了近3年的时间,运行了7800万公里,绕月飞行了2000多圈,发回大量有价值的信息后,最后还以冲月一撞为人类再添宝贵的月球信息,这一“鞠躬尽瘁”之举想必会在人类探月史上留下挺有意思的一章。
——欧阳自远
今年9月3日13点30分(北京时间)左右,欧洲宇航局(ESA)发射的探月装置SMART-1(智能一号)在绕月飞行7800万公里,圆满完成其预定任务后,以每秒2公里的速度撞向月球西南部的“卓越湖”平原。这一撞月之举不仅令大批天文学家倍感兴奋,也引发了全世界天文爱好者的浓厚兴趣。就SMART-1的一般情况及其撞月之举的科学意义,记者电话采访了中科院院士、我国探月工程首席科学家欧阳自远。
记者:欧阳院士,请您先给我们介绍一下SMART-1的情况。
欧阳自远:SMART-1是欧洲宇航局首次发射的月球探测器,旨在进行一次新技术的试验性演练,并对月球开展科学探测。根据介绍和分析,我感觉SMART-1有一些新特点,其最大亮点是采用了离子推进发动机,这种发动机不是靠通常所用的化学燃料驱动,而是利用太阳能产生的带电粒子束。这一设计使得它在整个运行过程中仅消耗了约60公斤氙,比一般的化学燃料的效率要高出10倍。
这次SMART-1绕月大约已经历了1年零10个月,转了2000多圈,行程约7800万公里,而所有这些都是靠所携带的很少的燃料完成的。可见它是非常节能的。
走得很慢也是SMART-1的一个特点。从地球到月球,用了13. 6个月时间。如此长的时间,充分试验了离子发动机的性能,这种新发动机对人类今后的深空探测很有意义。
另外,此次SMART-1在通讯上采用的是Ka波段,而不是现在一般所用的S或X波段,所以效率很高。此外还有一点我很欣赏的是其所携带的全部科学探测仪器总质量只有19公斤,非常灵巧,技术性能也很先进。这些科学探测仪器要拍摄月球表面高清晰度数码照片,探测月球表面的化学成分和矿物成分,编制月球表面铁、镁、硅、铝等元素的分布图,为月球的成因理论提供相关证据。以上这些特色都是很难得的。
记者:天文学界对此次撞月抱有很大的期待,以您之见,这种撞击会撞出什么结果?
欧阳自远:是的,讨论一下这次撞击的科学意义确实是很有意义的。据我了解,这次SMART-1是想通过撞击临近月球表面时,拍摄高清晰度和高分辨率的照片;通过撞击月球表面产生的大量尘埃和气体,了解撞击区岩石的成分和特征等。
其实,类似SMART-1,人类在探月卫星完成其探测使命、功成身退之际,为充分利用其资源,实施主动撞击月球的事件,在历史上有过多次。1998年美国发射的一颗“月球勘探者”号探月卫星也是在完成探测任务后撞过月球。我们知道,在月球表面布满了大大小小的撞击坑,有些撞击坑的内部永远照不到太阳,那里的温度通常为负130~150摄氏度,极为寒冷,我们称为永久阴影区。
由于各种小天体经常撞击月球,特别是由冰和尘土组成的彗星撞击月表时,彗星的碎块溅落在永久阴影区内,成为水冰和土壤的混合物被永远保存在撞击坑内。那次撞击的目标是想通过撞击产生的巨大能量,将冰挥发成水蒸气,观测水蒸气的谱线,来确认撞击坑的永久阴影区内是否含有水冰。
2008年美国将要发射的绕月卫星,计划在其完成绕月探测任务后仍会安排撞击月球试验。总之,利用探月卫星运行的最后阶段,实施对月球的主动撞击,已成为人类了解月球的一种探测手段,其科学价值和意义是明显的。
记者:估计有不少天文爱好者想亲眼目睹这次撞击过程,不知能看见吗?
欧阳自远:利用大型望远镜可以看到撞击后瞬间所激起的闪光,撞击后所激起的高达10~20千米的尘埃云,天文爱好者的小型望远镜可以观察到。现在全世界的天文爱好者都已做好准备,纷纷把观测的镜头对准月球的西南部,一睹这一天文壮观。
记者:由SMART-1,人们很容易联想到中国正在大力推进中的“嫦娥探月”计划。如果可以的话,能否就这两者作一比较?
欧阳自远:好的。SMART-1的科学探测仪器重量轻、功耗低,技术性能先进,是SMART-1给我的深刻印象。我们的“嫦娥”绕月探测卫星的重量比SMART-1重很多,我们的有效载荷也比较重。
从科学探测的角度看,有一点不足的是,SMART-1的轨道是椭圆的,近月点470公里,远月点为2900公里。对科学探测来说,探测的分辨率会受一些影响,各种校正也比较麻烦。相比而言,我们“嫦娥一号”的轨道是圆极轨,通过月球的南北极,运行轨度距离月面的高度相等,分辨率也会好一点。
我们的“嫦娥”绕月探测卫星计划要做四件事:一是绘制月球的立体地形地貌图;其二,我们的“嫦娥”绕月探测卫星装有X、伽玛射线谱仪,能探测全月球表面14种元素含量与分布,比SMART-1多一些;其三,我们的“嫦娥”绕月探测卫星将首次探测月壤的特征,估算月壤厚度,评估月壤中氦-3的资源量;其四,“嫦娥”绕月探测卫星还准备探测地-月空间的环境。
总体来讲,我觉得SMART-1有很多值得我们借鉴的东西。它在勤奋工作了近3年的时间,运行了7800万公里,绕月飞行了2000多圈,发回大量有价值的信息后,最后再以冲月一撞的壮举为人类提供更多的月球信息,这一“鞠躬尽瘁”之举想必会在人类探月史上留下挺有意思的一章。
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“智能一号”为何“智能”?
“智能一号”浑身都是高科技装置和精密的科学仪器。例如,它的离子引擎通过连续发射离子束来产生向前的动力,而支持引擎的能量又来自太阳能,“太阳能离子发动机”由此得名。引擎能通过发射微弱的连续离子流使得飞行器获得较慢的速度:“智能一号”的加速度只有0. 2mm/s2,此时其推进力仅相当于一张明信片所受的重力。
我们知道,“智能一号”的月球之旅并不是沿着最短路线。这其实是因为ESA想首度试探离子发动机在与行星间距差不多的太空行程中的使用情况。
“智能一号”将揭晓哪些谜底?
“智能一号”为科学家提供了目前为止从月球轨道上获得的清晰度最高的月球表面图像,同时也获得了更多的月球地质信息。这是有史以来第一次由月球轨道上的X射线仪器在月球上探测到钙元素和镁元素。与此同时,科学家还通过“智能一号”发现了月球北极附近有一个“极昼区”,即便冬天也总有阳光照耀。月球的两极对科学家们似乎更有吸引力,因为它们相对来说还是未知的领域。另外,月球两极的特征表明:它们有着与月球赤道区域迥然不同的地质演变史。
“智能一号”还携带着一些从未在月球探测中使用过的仪器,包括微型照相机、X射线和红外光谱仪。其太阳能板以砷化镓太阳能电池取代了普通的硅电池。另一个试验性仪器OBAN被用来试验一种新型导航系统,这个系统一旦成功,未来的宇航器就不再需要地面操控了。