俄罗斯专家谈前苏联探月计划

发布时间：05年06月24日

上海市宇航学会供稿

我国将于2007年发射“嫦娥”号探月器，这使近十多年来一度冷落的月球探测热再度升温。为了使人们更好地了解探月技术的细节，2005年3月，由上海市对外文化交流协会、上海市科学技术协会主办、上海市宇航学会承办，邀请了5位俄罗斯专家在上海作了前苏联探月计划的专题报告。本刊现将报告内容择要刊载，以飨读者。

月球是地球唯一的一颗天然卫星，它像一个忠诚的“仆人”永远围绕着其“主人”——地球旋转。月球也是距离我们最近的天体。但是月球总是一面示人，其背后的神秘，人们一直未能见到。另外，月球白天表面温度高达130 °C，而晚上却降到-200 °C，但是在月面下不到1公尺处的温度却是恒温的，约为8 °C左右。这可能由于月球表面覆盖着一层类似灰尘的粒子，像地球上的风沙，它如同给月球穿上了一件极好的“热保护衣”。对此，科学家也极感兴趣。

自1959年起，美、苏两国就开始发射探测器对月球进行探测，先后共发射了60多颗月球探测器和载人登月飞船。但在1976年以后的18年中，人类没有进行过任何成功的月球探测行动。

21世纪，欧空局发射了第一个月球探测器SMART-1(智慧-1)，成为世界上第四个独立发射月球探测：器的国家或组织。

“智慧-1号”经过16个月的长途飞行，依靠太阳能，驶入月球轨道，飞进月球大门。“智慧-1号”是小型化航天器的杰作，掀起了21世纪探月的高潮。美国、俄罗斯、欧空局、日本、中国、印度等国近期相继都有新的探月计划与打算。这次探月高潮将会比20世纪60年代探月有更大的发展。2015年以后，人类将重返月球，建立月球基地，还将实现人类在月球上长期居住的伟大梦想。

前苏联探月历程

1959年，前苏联开始了宏大的月球计划。最早提出月球计划是前苏联航天之父——科罗廖夫。他研制的运载火箭把世界上第一颗人造地球卫星——“伴侣1号”送上太空，开创了人类航天的新纪元。科罗廖夫由于他对航天事业作出的杰出贡献，受到了前苏联和俄罗斯人民的广泛尊敬。

1.登月轨道

前苏联的第一代月球探测器是月球1、2、3号。1959年1月2日，前苏联发射了世界上第一个月球探测器“月球1号”，其容器质量(包括科学仪器)为361.3公斤。它从离月球5000~6000公里的距离飞越月球，成为太阳系第一颗人造行星。这是世界上首次达到第二宇宙速度的飞行器。

同年9月，发射了“月球2号”，航天器和末级运载火箭到达了月球表面，实现了月球的硬着陆。

10月份，紧接着发射了“月球3号”，成功地进入了离月面6200公里的绕月轨道，并拍摄了月球背面的照片，使人类第一次揭开了地球的忠诚“仆人”——月球背面神秘的面纱——月球背面与其正面十分相似。

1963~1965年间，前苏联发射了月球4~8号探测器，旨在进一步考察月球和进行科学仪器舱在月球上软着陆的演练。1966年1月14日，科罗廖夫不幸逝世，这对前苏联的航天事业是很大的损失。

隔了半个月，1966年1月31日，前苏联发射了“月球9号”，经过3天半的飞行，2月3日，“月球9号”实现了世界上第一次在月球上软着陆，并利用专用的全景电视摄像机把月球的地形图像发回地球。

从“月球9号”开始，作为新一代的探测器——月球10号至14号飞行器相继成为月球的人造卫星，对月球和近月空间进行了详细的考察。而“月球13号”类似“月球9号”，成功地在月球上软着陆，并把土质针入度仪、辐射密度计、超载动力测试装置送上了月球。

从1966年到1976年，为了从月球采集土壤并返回地球，前苏联设计了更大型的探月器。这是探测月球过程的“绕”、“落”、“回”中最关键的一步。

期间，月球16、20、24号探测器，先后登上了月球，三次完成了采集月球土壤返回地球。三次共采集月球土壤330.1克(其中“月球16号”采集105克、“月球20号”采集55克、“月球24号”采集170.1克。

月球土壤分析对了解月球上存在优质高效的核聚变燃料氦-3有重要的作用。而做一次月球土壤分析仅要1克采样标本就可以完成。目前，土壤分析已成为一门学科，每年都举行有关的国际会议——星球土壤研讨会。

2.飞向月球：绕月-登月-返回图

在连续的探月过程中，月球17、21号探测器曾成功地把月球车1、2号送上月球。两辆月球车分别在月面漫步了302昼夜和125昼夜。

1959~1976年期间，前苏联总共发射了24个月球探测器亦称自动化航天探测器(见题图)。现在，俄罗斯新的大型登月器性能将有很大的提高，可以做到在月球表面任何地点着陆。

飞向月球的轨道探测器

前苏联月球探测器飞向月球的轨道大致有三种方式。

1.第一代月球探测器(月球1~3号)飞向月球时，是直接由地球飞向月球，中途没有预先进入人造地球卫星轨道，也没有在近地空间进行轨道修正。

2.月球4~15号都是预先进入人造地球卫星轨道，然后再从轨道飞向月球。在飞行航路上，探测器借助天文导航系统，确保其在设定的轨道上。这些天文导航系统都是用星球和太阳进行定位。而探测器的速度及在轨道姿态控制，都是通过地面遥测遥控系统的通信，指挥探测器的动力系统(主发动机、姿控发动机)进行轨道修正。经过机动飞行(制动)后，探测器在月球上软着陆，有的成为月球卫星。

3.继“月球16号”以后，除上述的飞行以外，探测器转入了近月轨道的飞行，随后对这种轨道做了修正，并在月球上软着陆，开始长期的考察工作(“月球车”)，或者在月球上取样后返回地球。

进行科学研究的登月装置

前苏联月球探测器曾把三种不同的“登月装置”带上月球，进行各种科：学研究。三种不同的“登月装置”是：

1.装有各种科学仪器的登月装置

1966年1月31日，“月球9号”首次把科学仪器送上了月球，向地球传回了月球电视图像，还测定了月球表面辐射量。同年12月21日，“月球13号”除携带“月球9号”所带的科学仪器外，还将土质针入度仪、辐射密度计、超载动力测试装置送上了月球。

当探测器探测到离月面4米时，着陆装置开始与登月器分离，并依靠球形的充气缓冲装置安全着陆在月球上。触地4分钟后，抛弃充气缓冲阻尼装置，然后，着陆装置展开并开始对月球进行科研考察。

充气缓冲球充满0.079 MPa氦气，前苏联月球9、13号均利用此类缓冲阻尼装置进行着陆。这类缓冲装置是独一无二的，也是现代着陆装置的重要组成部分。

2.月球车

月球车是在月球表面行驶并对月球考察和收集分析样品的专用车辆。月球车由轮式底盘和仪器舱组成，用太阳能电池和蓄电池(银锌电池、镉镍电池)联合供电。底盘上装有电动机驱动和使用电磁继电器制动轮子，并靠弹性吊架减震。

月球车按照地球上遥控指令在高低不平的月面上行驶。轮子上装有解锁机构，可根据地面指令使轮子和传动机构脱开，变主动轮与被动轮，实现机动行驶。当出现紧急情况(月球车横倾和纵倾超过规定角度)时，解锁机构可使全部轮子和传动机构脱开，避免月球车倾覆。

在仪器舱内装有土壤采集分析装置、自动光谱测量仪、辐射计量仪、照相机、电视摄像机和通信收发设备等。它们能自动采集月球岩石和土壤，供分析其物理——力学性质和化学成分，研究月球的地形和地质特征，拍摄月面景象和车轮辙迹深度以及探测月面辐射等。

为了使仪器不受月球昼夜温度变化影响，仪器舱设有温控用的热辐射器。另外，月球车上还装有太阳阵、核加热器。白天，太阳阵利用太阳能发电，使热辐射器打开，以辐射太阳的热量，避免月球车过热；夜晚，使热辐射器盖上，核加热器开启，以调节月球车温度。

前苏联共研制两辆月球车，月球车-1，月球车-2。

月球车-1号从1970年11月10日由“月球17”号把它携带上月球，工作了302昼夜，行走了10.5公里，考察了8万平方米的月面。月球车-2号1973年1月16日由“月球21号”把它携带上月球，由于其底盘结构和科学仪器做了改进，大大提高了月球车的性能。尽管月球车-2号只工作了125昼夜，但它却行走了37公里行程。

3.月球车登月过程

登月器在离登月地点250公里时，主发动点火。姿控发动机点火把登月器减速到了1.7 km/s(月球环绕速度1.68 m/s)，当降到离月面2公里时，速度接近零，从而把专用的降月装置降到月球。登月器在月面着陆后，放下两个斜坡，助月球车走向月面。月球车利用全景照相机摄下周围全景，根据全景图像，先把斜坡度信息传回地面通信中心，后者根据斜坡度信息，指挥月球车从指定的斜坡下去，开始月球漫步，进行各项科研考察。

4.钻土装置

钻土装置是前苏联为在月球上采土而研制的专用设备。钻探机探杆长3米，空心，在驱动装置驱动下，可钻入月下2.5米深。月壤进入空心杆内，一段一段慢慢地传到土壤加入器中，然后，桁架把加入器送到返回盒并自行盖上盖，然后启动返回发动机，开始返回地球。

首次携带这类装置登上月球的探测器是“月球16号”。1970年9月12日，“月球16”探测器在拜可努尔发射场成功发射。为了避免航天器白天在月球上着陆时过热，科学家选择了晚上在月球上软着陆。“月球16号”着陆时质量为1880公斤，在月面上停留了26小时25分，采集了月球上的土壤。9月24日回收舱(盒)带着月壤在地球上成功着陆。这是世界上第一次将月球土壤标本送回地球的自动装置。

登月器返回

当登月器登上月球完成采样后，登月器的上升级——“月球→地球”返回火箭点火，使重500公斤的返回火箭从降落级上起飞。当液体燃料火箭发动机在正径向速度达到2708米/秒(超过月球的逃逸速度2370米/秒)时关机，返回舱就向地球航线飞行。返回舱在返回过程中无姿态控制和轨道控制，自动返回地球。