中国探月之“嫦娥”奔月
前言
仰望星空，星星点点，从旧石器时代在甲骨上的简单符号，到敦煌壁画上的曼妙飞天，从古老诗词中的咏叹，再到明朝的万户飞天，5000年来，我们从来没有停息过对茫茫苍穹的追求。
放在全球视野里看，告别了以“浩瀚海洋”为探索目标的第一轮大航海时代，人类历史上“以浩淼宇宙”为目标的第二轮大航天时代早已开启。大航海时代的经验告诉我们，“一个国家的远见、决心和勇气，它的组织和行为模式，对于日后它在世界上所能取得的地位，其影响不但是决定性的，而且可能延续数百年。”既然我们错过了第一轮大航海时代的峥嵘，未来的机遇就必须牢牢抓住。
放在国家民族荣誉感的语境看，作为中国实施的第一次探月活动“嫦娥工程”完全是一个自言创新的工程，它势必更加激起国人关注航天科技的热情。上个世纪美国人在月球上留下了脚印，几十年过去了还是那几枚——是到了我们谱写宇宙新故事的时候了。
万户 人类“飞天”第一人
飞到月亮上去！这是人类千百年来的幻想和奋斗理想！
据美国火箭学家赫伯特.S.基姆（Herbert.s.Zim）在1945年出版的《火箭和喷气发动机》记载，人类第一次有记录的“登月计划”则来自中国明朝的木匠万户。
《火箭和喷气发动机》介绍说：“约当14世纪之末，有一位中国的官吏叫万户，他在一把座椅的背后，装上47枚当时能买到的最大火箭。他把自己捆绑在椅子的前边，两只手各拿一个大风筝。然后叫他的仆人同时点燃47枚大火箭，其目的是想借火箭向上推进的力量，加上风筝上升的力量飞向前方，他的目标是月亮……
据记载，万户是明朝初期人，原来是一个木匠。由于他喜欢钻研技巧，尤其是对技术发明方面特别痴迷，所以从军后改进过不少当时军队里的刀枪车船。
万户的本领是在明王朝同瓦剌的战争中被发现的。同样对兵器制造很有研究的明朝大将军班背认为，正是因为万户对武器的改良才使得战争取得根本胜利，所以奏请朝廷让万户到兵器局供职。
更可惜的是，和万户相交甚好的班背将军性情耿直，从不趋炎附势。因得罪右中郎李广太等奸臣而被革职，并幽禁在拒马河上游的深山鬼谷中。
为了从深山里营救出好友班背将军，聪明的万户决定造一只“飞鸟”。但由于其他因素，将军被政敌杀害，救人的计划落空。失去了知己的万户这个时候厌恶了官场和人世间的生活，于是他开始谋划着逃离是非官场和人间，决定到月球上去生活。
为了实现自己的意愿，同时也是为了实现将军班背的遗愿，万户开始潜心研究将军遗留下来的《火箭书》，并用自己的知识给予完善。他仔细阅读了班背的《火箭书》，造出了各种各样的火箭，然后画出飞鸟的图形，众匠人制造出了飞鸟……
文献说，在一个月明如盘的夜晚，万户带着人来到一座高山上。他们将一只形同巨鸟的“飞鸟”放在山头上，“飞鸟”正对着明月……万户拿起风筝坐在鸟背上的驾驶座位——椅子上。他自己先点燃鸟尾引线，一瞬间，火箭尾部喷火，“飞鸟”离开山头向前冲去。接着万户的两只脚下也喷出火焰，“飞鸟”随即又冲向半空。
后来，人们在远处的山脚下发现了万户的尸体和“飞鸟”的残骸……这个故事后来被记载为“万户飞天”。万户被认为是人类的航天鼻祖。
20世纪70年代的一次国际天文联合会上，月球上一座环形山被命名为“万户山”，以纪念这位“人类第一个试图利用火箭飞行的人”。
尤里.加加林 太空旅行第一人
尤里.加加林是一位前苏联宇航员，他是到太空旅行的第一人。
1961年4月12日，莫斯科时间9时7分，加加林驾驶着“东方1号”飞船从拜科努尔发射场起飞，以1小时48分的时间绕地球飞行1圈后安全返回，降落在萨拉托夫州斯梅洛夫卡村地区。加加林的成功使他两天后被授予“苏联英雄”称号。他驾驶的“东方1号”飞船成为世界上第一个载人进入外层空间的航天器。就是在108分钟的飞行过程中，加加林由上尉荣升为少校。
正当加加林对未来充满信心的时候，灾难发生了。1968年3月27日，他在一次普通的飞行训练中因飞机失事遇难。
为了纪念他，苏联把他的出生地改名为加加林区。国际航空联合会设立了加加林金质勋章。月球背面的一座环形山也是以他的名字命名的。加加林成为宇宙时代的象征。
阿姆斯特朗 登陆月球第一人
阿波罗载人登月工程是美国宇航局在二十世纪六七十年代组织实施的载人登月工程，或称“阿波罗计划”。工程开始于1961年5月，至1972年12月第6次登月成功结束，历时约11年，耗资225亿美元。在工程高峰期，参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构，总人数超过30万人。
第一次载人阿波罗飞行由于悲惨事故而被推迟。当时在一次发射演习过程中，航天器突然着火，造成3名宇航员死亡。随后，经过几次不载人的地球轨道飞行之后，1968年10月11日阿波罗7号终于载着宇航员绕地球飞行了163圈。迈出载人月球探测第一步的是“阿波罗8号”，它从绕地球轨道进入绕月球轨道，在完成绕月飞行后安全返回地球。1969年7月“阿波罗11号”终于在月球着陆，使逐步推进的阿波罗登月计划达到高潮，阿姆斯特朗也成为兜了一圈，美国在月球探测中取得了最为辉煌的成果。在随后的3年多时间里，阿波罗计划又先后进行了6次载人登月飞行，其中1970年4月发射的阿波罗13号，虽因氧气瓶爆炸发生事故，但仍然安全回到了地球。
到1972年12月阿波罗计划的最后一次飞行——阿波罗17号登月为止，先后有12名宇航员登上月球表面。这一系列“访问”大大丰富了人类对月球的认识。各次阿波罗飞行都对月球表面进行广泛考察，搜索了大量的月球岩石、土壤标本，其中从月球上带回地球的月岩样品就达440公斤。阿波罗飞行同时把许多仪器安装在了月球上，进行科学研究，如太阳风实验和月震测量等。
阿波罗计划之后，人类月球探测进入了一个“宁静”期。
“嫦娥一号”卫星探月全纪录
连日阴雨的四川省凉山自治州首府西昌，在10月22日这一天突然迎来灿烂阳光。
也就在这天晚上，新华社受权发布公告：“嫦娥一号”卫星将于24日至26日在西昌卫星发生中心择机发射。公告指出，这是我国首次开展月球探测活动。
卫星最佳发射时间的确定相当复杂，需对当地雷电、降雨和云量等因素进行详细分析，并结合相关历史资料来判断。在航天、卫星发射、气象、天文等多个部门反复协商下，最终确定了最佳发射窗口为10月24日下午6时05分。
距离地球38万公里的月球，是离地球最近的天体，是地球的天然卫星。从1958年前苏联发射“月球1号”探测器起，苏美欧日在49年时间里123次探访月球，实现了6次共12人的载人登月。
为确保“嫦娥一号”顺利升空，西昌卫星发射中心对2号、3号发射塔都进行了数十项技术改造。中心两个塔架均具备发射“嫦娥一号”的能力。有专家评价说，升级后的3号发射塔已成为世界上最先进的发射塔架之一。“嫦娥一号”就是从85米高的3号发射塔起飞，奔往38万公里之外的月球的。
十七大代表、国防科工委主任张庆伟强调说，“两弹一星”的成功是中国航天史上第一个里程碑。第二个里程碑是载人航天器，使我国成为继前苏联和美国后第三个实现这一目标的国家。绕月工程就是第三个里程碑。
承担发射“嫦娥一号”任务的是“长征三号甲”。“长征三号甲”火箭于1986年3月正式立项研制，1994年2月8日首次飞行即成功进行一箭双星发射，从首飞至今已连续成功发射了“东方红三号”“北斗一号”“风云二号”等多颗卫星。在此之前，该型火箭的发射成功率为100%。
中国绕月探测工程的刚才目标是：研制和发射我国第一颗月球探测卫星；初步掌握绕月探测基本技术；首次开展月球科学探索；初步构建月球探测航天工程系统；为月球探测后续工程积累经验。科学目标包括获取月球表面三维影像；分析月球表面化学元素及物质类型的含量和分布；探测月壤特性；探测4万—40万公里间的地—月空间环境。
绕月探测工程是我国实施的第一次探月活动，将为我国深空探测活动的开展奠定技术基础。
“嫦娥”飞天需要什么气象条件
第一，没有强降水。在整个发射期间，也就是在4-8个小时内，不能有超过1毫米即小雨以上的降雨。
第二，无雷暴或闪电。长征三号系列火箭使用液氢液氧作为推进剂，地面或高空中的一点儿火花，都有可能将其引爆甚至炸毁整个场区，因而从加注燃料到火箭发射的时间内，场区周围30公里内不能有任何雷电活动。
第三，地面风不能大于14米/秒，也就是必须低于5级。如果风素过大，对火箭的发射和飞行姿态将产生不利影响，会增加火箭的控制难度。
“嫦娥一号”将依次经过大气层、内外辐射带、磁层、磁鞘和太阳风等多个完全不同的空间天气区域，入轨后还将随着月球的公转周期性地穿越磁层和周边区域。
清晨的一场玉没有阻挡住10时起出现的阳光，卫星按预定时间发射。离发射还剩15分钟时，场内人员基本已撤离。随后，有火箭“脐带”之称的红色抓手开始和火箭分离，标志着火箭进入了发射阶段。
“三分钟报时······两分钟报时······”
“一分钟准备！”18时04分，寂静的山谷响起西昌卫星发射中心发射指挥员李本琦洪亮的声音。
监视所有塔架都打开完毕后，3号塔架上最后一名操作手也于5分钟前撤入地下掩体。
“10、9、8、7······3、2、1，点火！”18时05分，就在李本琦喊出点火口令的同时，发射控制台操作手皮水兵用力地按下红色的点火按钮。瞬间爆发的巨大排山倒海般压向重重群山。伴随着“轰隆隆”震耳欲聋的响声，长征三号甲火箭喷着橙红色的火焰，携带着中国首颗探月卫星“嫦娥一号”，犹如一条巨龙腾空而起，直接天穹，速度越来越快，逐渐将身姿调整到偏向东北方向。10余秒后，火箭一头扎进云层，消失得无影无踪。
“火箭飞行正常！”
“跟踪正常！”
“遥测信号正常！”
······
从西昌卫星发射中心所属各测控站的光学、红外、遥测设备，到青岛、厦门、喀什的测控站；从太平洋上的两艘远望号测量船，到首次在航天器测控中引入的北京、上海、昆明、乌鲁木齐的大型天文射电望远镜，如同火炬接力般把测控数据实时传来。
第148秒，火箭一二级分离。
第243秒，整流罩分离。
第271秒，火箭二三级分离。
第609秒，远望号测量船传来消息，三级发动机一次关机，星箭结合体进入滑行阶段。
第1249秒，远望号测量船传来消息，三级发动机二次点火。
第1373秒，三级发动机二次关机。
第1473秒，大厅里响起“星箭分离”的报告声，凝固的空气一下子沸腾起来。握手、拥抱、欢呼、祝贺······害怕影响任务而一直沉寂的闪光灯突然兴奋起来，将一张张笑脸映的更加灿烂也将这个喜庆的画面永远地定格在2007年10月24日18时30分这一刻。
18时45分，卫星已建立巡航姿态。正以接近8公里/秒的速度进入预定的近地点205公里、远地点50930公里、运行周期约为16小时的超地球同步转移轨道。
24日18时50分左右，卫星飞到南美洲上空，在智利CEE测控站的测控下，卫星太阳帆板成功展开。13分钟后，用于向地面传输科学数据的定向天线业展开。
24日19时10分，“嫦娥一号”卫星发射成功，总里程为1585219公里、时间为两周左右的漫长奔月旅程就此开始了。
25日17时55分，北京航天飞行控制中心按照预定计划，向在天空飞行的“嫦娥一号”卫星发出变轨指令，对其实施了远地点变轨。指令发出130秒后，卫星近地点高度由205公里抬高到约600公里，远地点高度为50930公里不变。首次远地点变轨成功。这次变轨是“嫦娥一号”卫星在约16小时周期的大椭圆轨道上运行1圈半后，在第二个远地点时实施的。
首次变轨为何在远地点进行
所谓变轨，顾名思义就是改变飞行器在太空中的运行轨道。受运载火箭发射能力的局限，卫星往往不能直接由火箭送入最终运行的空间轨道，而是要在一个椭圆轨道上先行过渡。在地面跟踪测控网的跟踪测控下，选择合适时机向卫星上的发动机发出点火指令，通过一定的推力改变卫星的运行速度，达到改变卫星运行轨道的目的。
为什么首次变轨选择在远地点进行？
在对卫星的运行轨道实施变轨控制时，一般选择在近地点和远地点完成，这样做可以最大限度地节省卫星上所携带的燃料。“嫦娥一号”卫星的首次变轨之所以选择在远地点实施，是为了抬高卫星近地点的轨道高度。
只有在远地点变轨才能抬高近地点的轨道高度。同样的道理，要改变远地点的高度就需要在近地点实施变轨。
25日晚7时许，“嫦娥一号”携带的高能粒子探测器和有效载荷数据管理系统开始工作。高能粒子探测器可以探测地球到月球之间4万公里到40万公里的空间环境状况。分析这些数据对于在空间飞行的卫星和飞船具有重要价值。
26日17时33分北京航天飞行控制中心向“嫦娥一号”卫星发出指令，开始实施第二次变轨。11分钟后，远望号测量船传来消息，卫星变轨成功。卫星顺利进入24小时周期轨道，远地点高度由50930公里提高到71400公里。这是变轨是卫星在大椭圆轨道上运行了3圈、处于近地点时实施的，也是卫星的第一次近地点变轨。
月球上一天约相当于地球上27天
地球上每天是24小时，而月球上的一天约相当于地球上的27天，而且13天半时阳关普照的白天，13天半是寒冷的黑夜。
月球以3683千米/时的速度绕地球运行，绕地球一周的公转周期为27.3个地球日，月球在绕地球公转的同时进行自转，周期也是27.3个地球日，都正好是个恒星日（27天7小时43分11秒），自转周期与公转周期完全相同的现象称为“同步自转”。
31日17时15分，北京航天飞行测控中心向“嫦娥一号”卫星发出指令，开始实施第三次变轨。发动机工作784秒后，正常关机。卫星变轨成功，由绕地球轨道进入地月转移轨道。第三次近地点变轨成功，标志着“嫦娥一号”卫星真正开始踏上奔月旅程。
自“嫦娥一号”卫星发射，先后经过了1次远地点加速和3次近地点加速，共绕地球飞行7圈，逐步将轨道由近地点高度205公里、远地点高度50900公里，调整到近地点高度约600公里、远地点高度约40.5万公里的地月转移轨道。卫星的飞行速度也由星箭分离时的10.33公里/秒提高到地月转移轨道所需的10.58公里/秒。从理论上讲，一次变轨就可以使卫星在预定时间到达地月转移入口点，但为了充分利用燃料、有效发挥卫星发动机效能，同时业为了方便地面控制，所以设计了分3次在近地点进行变轨的方案。
11月2日10时25分，北京航天飞行控制中心对“嫦娥一号”卫星成功实施了首次轨道中途修正。
11月3日11时15分，“嫦娥一号”卫星首次飞达近月点，北京航天飞行控制中心调度地面测控系统，向沿着地月转移轨道高速飞行的“嫦娥一号”卫星发出指令，卫星发动机准时点火，工作22分钟后，正常关机。第一次近月制动顺利实施，卫星成功被月球捕获，进入周期为12小时、近月点212公里、远地点8617公里的月球极轨椭圆轨道，“嫦娥一号”卫星正式成为一颗绕月卫星。
首次近月制动的时机非常宝贵，是整个卫星奔月飞行中最关键的一个控制点。当“嫦娥一号”卫星飞临月球时，受月球引力的影响，卫星相对于月球而言其飞行轨道为一条双曲线轨道，卫星必须按照预定的时间、速度抵达预定的近月点，然后准确实施近月制动，否则卫星会与月球擦肩而过，或者撞上月球，或者增加后续轨道调整的难度。
11月6日11时35分，北京航天飞行控制中心对“嫦娥一号”卫星实施了第二次近月制动，卫星发动机准时点火，工作14分钟后，正常关机。第二次近月制动实施成功，“嫦娥一号”卫星速度进一步降低，卫星轨道远地点高度由8617公里降至1700公里，顺利进入周期为3.5小时的环月小椭圆轨道。第二次近月制动主要目的是使“嫦娥一号”卫星进一步降低飞行速度，使其进入“过渡”轨道，从而为卫星最终进入工作轨道做准备。
11月7日8时34分,北京航天飞行控制中心对“嫦娥一号”卫星实施了第三次近月制动，卫星成功进入经过月球南北两极，轨道周期为127分钟的圆轨道。通过3次近月制动，“嫦娥一号”卫星相对月球的速度共减小到约848米/秒，从近月点高度212公里、远地点高度8617公里的椭圆轨道调整为轨道高度约为200公里的圆形轨道。
自“嫦娥一号”卫星发射到卫星进入环月轨道，共经历了326个小时的飞行，顺利实施了4次加速、1次中途修正、3次近月制动共8次变轨，经历调相轨道、地月转移轨道、月球捕获轨道3个阶段，从入轨到进入环月轨道总飞行距离为1585219公里，最终成功进入环月工作轨道。根据卫星的工作轨道和月球的自转周期，CCD立体相机在一个月内可以对全月球表面覆盖一遍；微波探测仪可以覆盖两遍；干涉成像光谱仪需两个月覆盖一遍。
“太空刹车”如何实现
所谓“太空刹车”就是给卫星进行减速，以便卫星变轨。卫星变轨第一步是将其头部从对着太阳转向要开始加速或减速的方向；第二步是进行发动机点火，给卫星一个加速度或反方向的制动；第三步是将卫星转变为原来的对日定向姿态。
卫星刚进入地月转移轨道时发动机加速，瞬间速度达到10.58公里/秒，这是“嫦娥一号”卫星月球之旅中的最快速度，之后发动机关闭，卫星在地月转移轨道的速度逐渐衰减，离地球越远速度越慢。当卫星离开地球引力，但还没受到月球引力影响的位置时，也就是差不多到达地球与月球的引力平衡点时，卫星的运行速度最慢，仅为230米/秒，这也是卫星此行的最低速度。之后，由于卫星逐渐受到月球引力的影响，其运行速度又开始逐渐加快，在进入月球轨道之前，其速度达到2.4公里/秒。当卫星到达月球捕获点，也就是距离月面约500公里时，卫星开始实施制动，将飞行速度降到2.06公里/秒，进入椭圆环月轨道。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/e743f9100b4e767f5acfce10.html
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