第一节 探月活动
第一节 探月活动
月球是地球的天然卫星，是离人类最近的一个天体。人类进入航天时代以后，月球就成了航天探测的重点对象和航天员拜访的第一个地外星球。
前苏联的探月活动
前苏联从1959年到1976年共向月球发射了30个航天器，其中月球号24个，有17个完成了探测任务;探测器号6个，有5个完成了探测任务。
月球号探测器的任务是，以逼近飞行、绕月飞行、硬着陆、软着陆、取回样品等不同方式，通过拍照、自动测量、采样分析、月球车实地考察对月球和近月空间进行探测。
月球1～3号于1959年发射。1号从距离月球6000千米处飞过后，成为太阳系中第一个人造行星。2号实现了月面硬着陆，是第一个到达月面的航天器。3号绕过月球后飞向太空，它首次拍摄了月球背面2/3的区域的照片。人类第一次看到的月球背面，整个泛着白色的光辉，差不多都是地形险恶的陆地。照片上也拍下了许多黯淡的“海”和巨大的环形山。前苏联很快给这些“海”和环形山起了名。在月球背面北半球发现的直径300千米的圆形月海被命名为“莫斯科海”。在月球背面有以中国古代天文学家石申、张衡、祖冲之、郭守敬的名字命名的四座环形山。在月球背面的北半球还有布鲁诺、罗蒙诺索夫、约里奥·居里环形山，南半球有焦耳—维尔努和乔尔科夫斯环形山。
前苏联发射的“月球3”号探测器
月球4～14号在1963～1968年间发射。它们都先进入地球卫星轨道，然后再飞向月球。经轨道修正、机动飞行和制动后，有的在月面软着陆，如9号和13号先后软着陆成功，并分别发回月面照片和全景电视摄像，而4～8号软着陆失败;有的成为人造月球卫星进行绕月飞行，如10号成为第一个人造月球卫星，11号、12号和14号也成为月球卫星，都对月球进行了探测和拍摄。
月球上观地球
月球15～24号在1969～1976年间发射。它们绝大多数都是月球自动科学站。15号和18号软着陆失败。16号由着陆舱和回收舱组成，在航天史上第一次实现了无人探测器自动挖取月球岩月样品并自动送回地球的目标。它软着陆成功后，挖掘月岩100克，并成功返回地球。17号和21号各自携带1辆月球车着陆在月面上，由地球站遥控操纵在月面上自动考察。19号和22号成为月球卫星。23号软着陆成功，但机械破损，钻孔取样未完成。24号在月面着陆后，挖掘机从2米深处钻孔取样170克并带回地球。20号亦曾取样50克返回地球。这样3次成功取样，共计带回月岩样品320克。由于它们来自另一个星球，因此显得特别宝贵。
探测器号系列航天器从3号开始到8号结束，它们都是在1965～1970年间发射的。除4号绕月飞行失败、3号从距月球约10000千米处掠过拍摄了月球背面另外1/3区域照片后向太空飞去外，5～8号均成功地绕月飞行，完成探测任务后，先后返回地球。
美国的探月活动
美国于1958年就开始试射月球探测器，但由于火箭推力不够而未获成功。后来美国修订计划，才实施了徘徊者、勘探者、轨道环行器3个系列的探测器的发射。它们不仅为研究月球提供了大量资料，而且为实施“阿波罗”工程奠定了基础。
“徘徊者”号探测器从1961～1965年间共发射了9个，各重300～370千克。探测的任务是在月面硬着陆前逼近月球飞行时拍摄照片、测量月球附近的辐射和星际等离子体等。它们是第一次采用模块结构技术的航天探测器。探测器带有电视摄像机、发送和传输装置、γ射线分光计等设备。1～6号都因故障而失败。7～9号各装有6台摄像机，其中2台带有广角镜头。7号传回4316幅电视图像，8号传回7500幅电视图像，9号传回5814幅电视图像。
“勘探者”号探测器从1966～1968年间共发射了7个。其主要任务是进行月面软着陆试验，为阿波罗号系列飞船载人登月选择地点。其中除2号和4号毁于月面外，其余都在月面软着陆成功。探测器各重1～1.5吨，在月面着陆质量为280千克。它们主要携有电视摄像机、测定月面承载能力的仪器、土壤分析设备、微流星探测器等。这些航天器除发回数万幅电视图像外，还对月面上土壤进行了分析。7号还用摄像机拍摄了发自4个地球站的激光信号，使测出的月地距离精确到±15厘米。
美国“勘探者”号系列探测器曾在月面着陆
轨道环行器从1966～1967年间共发射了5个，每个重380～390千克。它们是研究月球环境和表面结构的人造月球卫星。其主要任务是在绕月轨道飞行时拍摄月球正面和背面的详细地形照片，绘制0.5米口径的火山口或其他细微部分的月面图，为载人登月提供资料。前3个都在围绕月球赤道的低纬轨道上飞行，后2个都在围绕月球极轨道上运行，在完成任务后都坠毁在月面上。5个探测器共拍摄了月面99%区域的高分辨率的照片。美国学家利用这些照片选择了8个平坦的月面区作为“阿波罗”号系列的着陆点。
不言而喻，登月活动是空前复杂艰巨的探险活动。为了保证航天员的安全，美国在正式登月之前先发射了10艘“阿波罗”号飞船进行试验。其中1～6号是不载人飞行，主要检验飞船和火箭的性能;7～10号是载人飞行，主要是进行模拟和积累经验。7号飞船绕地飞行了163圈，8号飞船载着3名航天员进行了1次绕月飞行，9号飞船在近地轨道上检验了登月舱与指令—服务舱分离与对接的技术，10号飞船模拟了除登上月球之外的整个飞行过程。
首次载人登月飞行是由阿波罗11号飞船完成的。1969年7月16日土星火箭第三级点火时将飞船送入185千米高的近地轨道运行。飞船绕地飞行1.5圈后第三级火箭第二次点火加速，使飞船达到10.8千米/秒的速度，从而进入地－月过渡轨道，船箭分离。在奔月途中，登月舱与母船分离，掉过头来，然后对接到母船前面，以便为服务舱的主发动机喷管让出喷气通道。
飞船沿扁椭圆形的过渡轨道飞行2.5天后开始接近月球，由服务舱的主发动机减速，进入环月轨道。接着航天员阿姆斯特朗和奥尔德林进入登月舱，驾驶登月舱与母船分离，下降至月面实现软着陆。航天员柯林斯仍留在指挥舱内，继续沿环月轨道飞行。两名登月航天员在月面上展开太阳电池阵，安设月震仪和激光反射器，采集月岩和土壤样品28千克，然后驾驶登月舱的上升级返回环月轨道，与母船会合对接，随即抛弃登月舱，启动服务舱主发动机，进入月地过渡轨道。在接近地球时，飞船进入再入走廊，抛掉服务舱，使指挥舱的圆拱形底朝前，在空气阻力作用下减速。进入低空时指挥舱弹出3个降落伞，进一步降低下坠速度。指挥舱于7月24日溅落在太平洋夏威夷西南海面，距离救护船仅13海里。
这一次登月成功意义重大。正如第一个踏上月球的阿姆斯特朗说的:“对一个人来说，这是一小步，而对人类来说，这是巨大的进步!”
从1969年11月到1972年12月，美国又相继发射了阿波罗12、 13、14、15、16、17号飞船，其中除13号飞船因服务舱液氧箱爆炸中止飞行，3名航天员驾驶飞船安全返回地面外，其他飞船均完成了登月任务。12号飞船的登月航天员回到母船后，还从环月轨道上将登月舱上升级射向月球，让这个重2.4吨的物体以每秒1.68千米的速度撞击月面，引起月震达55分钟。14号飞船的两名登月航天员在完成考察任务后，还在月球上打起了高尔夫球。15和16号飞船在环月轨道上还各自发射出1颗环绕月球运行的科学卫星。15、16、17号飞船的航天员都需驾驶月球车在月面活动和采集岩石。16号飞船的登月航天员还从长年见不到太阳的地方采集了月球的岩土样品。17号飞船的登月航天员之一施米特是首次参加登月活动的地质科学家。按原计划，美国要进行10次登月飞行，后因耗资过大取消了3次，因而17号飞船返回地面后就宣告了载人登月活动的结束。
许多国家的科学家对宇航员带回的月岩样品进行了多种项目的共同研究。经实验分析得出:月岩中已发现近60多种矿物，其中有6种在地面上尚未发现:在月岩和月土中发现了地球上的全部化学元素;没有发现可生存的月球有机物，也无古微生物的证据;在某些月岩中有微弱的剩余磁性;月球样品中存在许多太阳活动事件踪迹;根据样品的同位素分析，得出月球年龄约46亿年。在大部分被月尘和演屑覆盖的月球表面上，宇航员看到各种形状、大小、出现频率不一的岩石，还发现月球表面散布着一些具有光泽的玻璃物质。月尘在各处的厚度不同，薄的地方只有几厘米，厚的地方有5～6米。
在三年多的时间里，美国宇航员获得的有关月球的新知识超过了以往千年中人类对月球认识的总和，但要说明的是，对月球的开发远未结束，因为美国宇航员在月面上最远的也只走出了38千米。
中国的探月计划
中国的探月计划经过10年的酝酿，最终确定中国的探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段。
第一期绕月工程在2007年发射探月卫星“嫦娥一号”，环月飞行，对月球表面环境、地貌、地形、地质构造与地理场进行探测。
第二期工程时间为2007年至2010年，目标是研制和发射航天器，以软着陆的方式降落在月球上进行探测。具体方案是用安全降落在月面上的巡视车、自动机器人探测着陆区岩石与矿物成分，测定着陆点的热流和周围的环境，进行高分辨率摄影和月岩的现场探测或采样分析，为今后建立月球基地的选址提供月面的化学与物理参数。
第三期工程时间定为2011年至2020年，目标是月面巡视勘察与采样返回，其中前期主要是研制和发射新型软着陆月球巡视车，对着陆区进行巡视勘察。后期即2015年以后，研制和发射小型采样返回舱、月表钻岩机、月表采样器、机器人操作臂等，采集关键性样品返回地球，对着陆区进行考察，为下一步载人登月探测、建立月球前哨站的选址提供数据资料。此段工程的结束将使我国航天技术迈进一个新的台阶。
北京时间2007年10月24日18时05分左右，“嫦娥一号”月球探测卫星在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空。
“嫦娥一号”卫星发射后首先将被送入一个椭圆形地球同步轨道，这一轨道离地面最近距离为200千米，最远为5.1万千米，探月卫星将用16小时环绕此轨道一圈后，通过加速再进入一个更大的椭圆轨道，距离地面最近距离为500千米，最远为12.8万千米，需要48小时才能环绕一圈。此后，探测卫星不断加速，开始“奔向”月球，大概经过114小时的飞行，在快要到达月球时，依靠控制火箭的反向助推减速。在被月球引力“俘获”后，成为环月球卫星，最终在离月球表面200千米高度的极地轨道绕月球飞行。
嫦娥一号
卫星发射后，将用8～9天时间完成调相轨道段，地月转移轨道段和环月轨道段飞行。经过8次变轨后，正式进入距月球表面200千米工作轨道。
卫星奔月总共需时114小时，距离地球接近38.44万千米。而过去，中国发射的卫星距离地面一般都在3.58万千米左右。
我国首次月球探测工程有四大科学任务:一是获取月球表面三维立体影像，精细划分月球表面的基本构造和地貌单元，进行月球表面撞击坑形态，大小，分布、密度等的研究，为类地行星表面年龄的划分和早期演化历史研究提供基本数据，并为月面软着陆区选址和月球基地位置优选提供基础资料等。二是分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点，主要是勘察月球表面有开发利用价值的钛、铁等14中元素的含量和分布，绘制各元素的全月球分布图，月球岩石、矿物和地质学专题图等，发现各元素在月表的富集区，评估月球矿产资源的开发利用前景等。三是探测月壤厚度，即利用微波辐射技术，获取月球表面月壤的厚度数据，从而得到月球表面年龄及其分布，并在此基础上，估算核聚变发电燃料氦－3的含量、资源分布及资源量等。四是探测地球至月球的空间环境。月球与地球平均距离为38万多千米，处于地球磁场空间的远磁尾区域，卫星在此区域可探测太阳宇宙线高能粒子和太阳风等离子体，研究太阳风和月球以及地球磁场磁尾与月球的相互作用。