嫦娥工程
　　目錄·工程目標
　　·工程方案
　　·工程計劃
　　·工程人員
　　發(fā)射人造地球衛(wèi)星、載人航天和深空探測是人類航天活動的三大領(lǐng)域.重返月球,開發(fā)月球資源,建立月球基地已成為世界航天活動的必然趨勢和競爭熱點.開展月球探測工作是我國邁出航天深空探測第一步的重大舉措.實現(xiàn)月球探測將是我國航天深空探測零的突破.月球已成為未來航天大國爭奪戰(zhàn)略資源的焦點.月球具有可供人類開發(fā)和利用的各種獨特資源,月球上特有的礦產(chǎn)和能源,是對地球資源的重要補充和儲備,將對人類社會的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠影響.中國探月是我國自主對月球的探索和觀察,又叫做嫦娥工程. 國務(wù)院正式批準繞月探測工程立項后,繞月探測工程領(lǐng)導小組將工程命名為“嫦娥工程”、將第一顆繞月衛(wèi)星命名為“嫦娥一號”.“嫦娥一號”衛(wèi)星由中國空間技術(shù)研究院承擔研制,主要用于獲取月球表面三維影像、分析月球表面有關(guān)物質(zhì)元素的分布特點、探測月壤厚度、探測地月空間環(huán)境等.
　　工程目標
　　我國繞月探測工程將完成以下四大科學目標：
　　1、獲取月球表面三維影像.劃分月球表面的基本地貌構(gòu)造單元,初步編制月球地質(zhì)與構(gòu)造綱要圖,為后續(xù)優(yōu)選軟著陸提供參考依據(jù).
　　2、分析月球表面有用元素含量和物質(zhì)類型的分布特點.對月球表面有用元素進行探測,初步編制各元素的月面分布圖.
　　3、探測月壤特性.探測并評估月球表面月壤層的厚度、月壤中氦－3的資源量.
　　4、探測地月空間環(huán)境.記錄原始太陽風數(shù)據(jù),研究太陽活動對地月空間環(huán)境的影響.
　　國防科學技術(shù)工業(yè)委員會副主任、國家航天局局長、繞月探測工程總指揮欒恩杰介紹,由月球探測衛(wèi)星、運載火箭、發(fā)射場、測控和地面應(yīng)用等五大系統(tǒng)組成的繞月探測工程系統(tǒng)屆時將實現(xiàn)以下五項工程目標：
　　⊙ 研制和發(fā)射我國第一個月球探測衛(wèi)星；
　　⊙ 初步掌握繞月探測基本技術(shù)；
　　⊙ 首次開展月球科學探測；
　　⊙ 初步構(gòu)建月球探測航天工程系統(tǒng)；
　　⊙ 為月球探測后續(xù)工程積累經(jīng)驗.
　　工程方案
　　我國航天科技工作者早在1994年就進行了探月活動必要性和可行性研究,1996年完成了探月衛(wèi)星的技術(shù)方案研究,1998年完成了衛(wèi)星關(guān)鍵技術(shù)研究,以后又開展了深化論證工作.
　　經(jīng)過10年的醞釀,最終確定我國整個探月工程分為“繞”、“落”、“回”3個階段.
　　第一步為“繞”,即發(fā)射我國第一顆月球探測衛(wèi)星,突破至地外天體的飛行技術(shù),實現(xiàn)月球探測衛(wèi)星繞月飛行,通過遙感探測,獲取月球表面三維影像,探測月球表面有用元素含量和物質(zhì)類型,探測月壤特性,并在月球探測衛(wèi)星奔月飛行過程中探測地月空間環(huán)境.第一顆月球探測衛(wèi)星“嫦娥一號”已于2007年11月24日發(fā)射.
　　第二步為“落”,時間定為2007年至2010年.即發(fā)射月球軟著陸器,突破地外天體的著陸技術(shù),并攜帶月球巡視勘察器,進行月球軟著陸和自動巡視勘測,探測著陸區(qū)的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖石的化學與礦物成分和月表的環(huán)境,進行月巖的現(xiàn)場探測和采樣分析,進行日-地-月空間環(huán)境監(jiān)測與月基天文觀測.具體方案是用安全降落在月面上的巡視車、自動機器人探測著陸區(qū)巖石與礦物成分,測定著陸點的熱流和周圍環(huán)境,進行高分辨率攝影和月巖的現(xiàn)場探測或采樣分析,為以后建立月球基地的選址提供月面的化學與物理參數(shù).
　　第三步為“回”,時間定在2011至2020年.即發(fā)射月球軟著陸器,突破自地外天體返回地球的技術(shù),進行月球樣品自動取樣并返回地球,在地球上對取樣進行分析研究,深化對地月系統(tǒng)的起源和演化的認識.目標是月面巡視勘察與采樣返回.
　　月球探測三期工程主要包括以下5個科學目標：
　　1.探測區(qū)月貌與月質(zhì)背景的調(diào)查與研究
　　利用著陸器機器人攜帶的原位探測分析儀器,獲取探測區(qū)形貌信息,實測月表選定區(qū)域的礦物化學成分和物理特性,分析探測區(qū)月質(zhì)構(gòu)造背景,為樣品研究提供系統(tǒng)的區(qū)域背景資料,并建立起實驗室數(shù)據(jù)與月表就位探測數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系,深化和擴展月球探測數(shù)據(jù)的研究.探測區(qū)月貌與月質(zhì)背景的調(diào)查與研究任務(wù)主要內(nèi)容包括：
　　1）探測區(qū)的月表形貌探測與月質(zhì)構(gòu)造分析；
　　2）探測區(qū)的月壤特性、結(jié)構(gòu)與厚度以及月球巖石層淺部（1～3 km ）的結(jié)構(gòu)探測；
　　3）探測區(qū)礦物/化學組成的就位分析.
　　2. 月壤和月巖樣品的采集并返回地面
　　月球表面覆蓋了一層月壤.月壤包含了各種月球巖石和礦物碎屑,并記錄了月表遭受撞擊和太陽活動歷史；月球巖石和礦物是研究月球資源、物質(zhì)組成與形成演化的主要信息來源.采集月壤剖面樣品和月球巖石樣品,對月表資源調(diào)查、月球物質(zhì)組成、月球物理研究和月球表面過程及太陽活動歷史等方面都具有重要意義.月壤巖芯明巖樣品的采集并返回地面的任務(wù)主要內(nèi)容包括：
　　1）在區(qū)域形貌和月質(zhì)學調(diào)查的基礎(chǔ)上,利用著陸器上的鉆孔采樣裝置鉆取月壤巖芯；
　　2）利用著陸器上的機械臂采集月巖／月壤樣品；
　　3）在現(xiàn)場成分分析的基礎(chǔ)上,采樣裝置選擇采集月球樣品；
　　4) 著陸器和月球車都進行選擇性采樣,月球車可在更多區(qū)域選擇采集多類型樣品,最后送回返回艙.
　　3. 月壤與月巖樣品的實驗室系統(tǒng)研究與某些重要資源利用前景的評估
　　月壤與月巖樣品的實驗室系統(tǒng)研究與某些重要資源利用前景的評估任務(wù)主要內(nèi)容包括：
　　1）對返回地球的月球樣品,組織全國各相關(guān)領(lǐng)域的實驗室進行系統(tǒng)研究,如物質(zhì)成分（巖石、礦物、化學組成、微量元素、同位素與年齡測定）、物理性質(zhì)（力學、電學、光學、聲學、磁學等）、材料科學、核科學等相關(guān)學科的實驗室分析研究；
　　2）月球蘊含豐富的能源和礦產(chǎn)資源,進行重要資源利用前景的的評估,是人類利用月球資源的前導性工作,可以為月球資源的開發(fā)利用以及人類未來月球基地建設(shè)進行必要的準備；根據(jù)月球蘊含資源的特征,測定月球樣品中He-3、H 、鈦鐵礦等重要資源的含量,研究其賦存形式；
　　3）開展He-3等太陽風粒子的吸附機理和鈦鐵礦富集成礦的成因機理研究；
　　4）開展He-3 、H 等氣體資源提取的實驗室模擬研究.
　　4. 月壤和月殼的形成與演化研究
　　月壤的形成是月球表面最重要的過程之一,是研究大時間尺度太陽活動的窗口.月球演化在31 億年前基本停止,因此月表巖石和礦物的形成與演化可反映月殼早期發(fā)展歷史；月球表面撞擊坑的大小、分布、密度與年齡記錄了小天體撞擊月球的完整歷史,是對比研究地球早期演化和災(zāi)變事件的最佳信息載體.
　　5. 月基空間環(huán)境和空間天氣探測
　　太陽活動是誘發(fā)空間環(huán)境與空間天氣變化的主要因素,對人類的航天等活動有重大影響.在月球探測三期工程中空間環(huán)境與空間天氣探測包括以下內(nèi)容:
　　1）空間環(huán)境探測器
　　記錄宇宙線、太陽高能粒子和低能粒子的通量和能譜,分析與研究太陽活動和地月空間環(huán)境的變化；探測太陽風的成分與通量,為月壤成熟度和氦－3 資源量的估算提供依據(jù).
　　2）甚低頻射電觀測
　　在月面安置由兩個天線單元組成的甚低頻干涉觀測陣,長期進行太陽和行星際空間的成圖和時變研究,建立世界上第一個能夠觀測甚低頻電磁輻射的長久設(shè)施.
　　當“繞、落、回”三步走完后,中國的無人探月技術(shù)將趨于成熟,中國人登月的日子也將不再遙遠.
　　工程計劃
　　繞月探測工程是我國月球探測的第一期工程,即研制和發(fā)射第一顆月球探測衛(wèi)星.該星將環(huán)繞月球運行,并將獲得的探測數(shù)據(jù)資料傳回地面.該工程由探月衛(wèi)星、運載火箭、發(fā)射場、測控和地面應(yīng)用五大系統(tǒng)組成.現(xiàn)已確定探月衛(wèi)星主要利用“東方紅三號”衛(wèi)星平臺,運載火箭采用“長征三號甲”火箭,發(fā)射場選用西昌衛(wèi)星發(fā)射中心,探測系統(tǒng)利用現(xiàn)有航天測控網(wǎng),地面應(yīng)用系統(tǒng)由中國科學院負責開發(fā).
　　具體計劃是,“長征三號甲”火箭從西昌發(fā)射中心起飛,將“嫦娥一號”衛(wèi)星送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道后實現(xiàn)星箭分離,衛(wèi)星最后進入環(huán)繞月球南、北極的圓形軌道運行,并對月球進行探測,軌道距離月面的高度為200公里.
　　設(shè)計壽命為1年的“嫦娥一號”衛(wèi)星,攜帶立體相機、成像光譜儀、激光高度計、微波輻射計、太陽宇宙射線檢測器和低能離子探測器等多種科學儀器,對月球進行探測.它在環(huán)月飛行執(zhí)行任務(wù)期間,主要獲取月面的三維影像,分析月面有用元素含量和物質(zhì)類型的分布特點,探測月球土壤厚度,檢測地月空間環(huán)境.其中前3項是國外沒有進行過的項目,第4項是我國首次獲取8萬公里以外的空間環(huán)境參數(shù).此外,美國曾對月球上的5種資源進行探測,我國將探測14種,其中重要的目標是月球上的氦—3資源.氦—3是一種安全高效而又清潔無污染的重要燃料,據(jù)統(tǒng)計,月球上的氦—3可以滿足人類1萬年以上的供電需求.月球土壤中的氦—3含量可達500萬噸.
　　嫦娥工程是一個完全自主創(chuàng)新的工程,也是我國實施的第一次探月活動.工程自2004年1月立項,目前已經(jīng)完成了嫦娥一號衛(wèi)星和長征三號甲運載火箭產(chǎn)品研制和發(fā)射場、測控、地面應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè).2007年11月24日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空.月球探測是一項非常復雜并具高風險的工程,到目前為止,人類共發(fā)射月球探測器122次,成功59次,成功率為48%.中國長征三號甲運載火箭的成功率為100%.
　　工程人員
　　月球探測工程中心副主任郝希凡；
　　衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮、總設(shè)計師葉培建,副總設(shè)計師孫澤州、孫輝先；
　　長征三號甲運載火箭副總指揮金志強；
　　地面應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師李春
　　中國繞月探測工程測控系統(tǒng)副總設(shè)計師董光亮等.
　　火箭
　　嫦娥一號的運載火箭長征3A火箭共執(zhí)行過14次發(fā)射任務(wù),成功率百分之百!
　　嫦娥一號衛(wèi)星有效載荷
　　科學目標
　　中國計劃在2007年發(fā)射第一顆月球探測衛(wèi)星,這是中國深空探測的第一步．中國月球探測項目的科學目標為：獲取月球表面三維立體影像；分析月球表面有用元素及物質(zhì)類型的含量和分布；測量月壤厚度和評估氦-3資源量；以及地-月空間環(huán)境探測．
　　有效載荷
　　為完成上述科學目標,探月一號衛(wèi)星將安裝五種科學探測有效載荷設(shè)備．包括CCD立體相機和干涉成像光譜儀；激光高度計；微波探測儀；γ/X射線譜儀和空間環(huán)境探測系統(tǒng)．為了采集、存儲、處理、和傳輸有效載荷的科學數(shù)據(jù),還專門設(shè)計了一套有效載荷數(shù)據(jù)管理系統(tǒng).
　　CCD立體相機和激光高度計共同完成第一個科學目標,即獲取月球表面三維立體影像；干涉成像光譜儀和γ/X射線譜儀完成第二個科學目標,即分析月球表面有用元素及物質(zhì)類型的含量和分布；微波探測儀完成第三個科學目標,即測量月壤厚度和評估氦-3資源量；空間環(huán)境探測完成第四個科學目標,即地-月空間環(huán)境探測．
　　立體相機和干涉成像光譜儀
　　立體相機由光學系統(tǒng)、支撐光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)件、CCD平面陣列以及相應(yīng)的信號處理子系統(tǒng)組成.衛(wèi)星飛行時,三個平行的CCD線陣可以獲取月球表面同一目標星下點、前視、后視三幅二維原始數(shù)據(jù)圖像,經(jīng)三維重構(gòu)后,再現(xiàn)月表三維立體影像.
　　干涉成像光譜儀用以獲取月球表面多光譜圖像.它包括三個主要的光學子系統(tǒng)：Sagnac干涉計、傅立葉變換透鏡和柱形透鏡.
　　激光高度計系統(tǒng)
　　激光高度計系統(tǒng)用于測量衛(wèi)星到月表星下點間的距離,激光高度計系統(tǒng)由激光發(fā)射器及接收器兩大部份組成,其中的激光發(fā)射器用于發(fā)射激光脈沖到月球表面,接收器用于接收被后向散射的激光脈沖,激光脈沖的往返時間給出了衛(wèi)星到月表的距離信息.
　　γ/X射線譜儀
　　γ/X射線譜儀用以測量月球表面元素的種類和豐度.
　　月球表面物質(zhì)的原子或原子核受到宇宙線粒子的轟擊而激發(fā),會產(chǎn)生特征的X射線和γ射線；一些天然放射性元素可以自己發(fā)射核γ射線,不同的元素可釋放不同能量的特征γ譜線.通過γ射線譜儀測量這些特征γ譜線的能量和通量,科學家可以推導出月表元素的種類和豐富程度.
　　作為月面成份研究,γ射線譜儀和X射線譜儀的測量結(jié)果可以很好地互相補充.
　　微波探測儀
　　微波探測儀是嫦娥一號衛(wèi)星有效載荷之一,設(shè)計成多頻段微波輻射計.微波探測儀的科學目標是利用微波信號對月球表面物質(zhì)的穿透傳播特性,從表征月球物質(zhì)微波輻射的亮溫數(shù)據(jù)中,獲取月球月壤的厚度信息；獲得月球黑夜的微波遙感信息和獲得月球兩極的微波遙感信息.利用微波輻射計對月球探測在國際上尚屬首次.月球微波遙感信息的獲取和月壤信息的反演將大大豐富人類對月球的認識.
　　空間環(huán)境探測系統(tǒng)
　　空間環(huán)境探測系統(tǒng)包括太陽高能粒子探測器和兩臺太陽風離子探測器.太陽高能粒子探測器用以分析地月空間和繞月空間環(huán)境的質(zhì)子、電子和重離子. 高能離子探測器包括傳感器和信號處理子系統(tǒng). 兩臺太陽風離子探測器用以分析地--月和月球空間環(huán)境的太陽風中的低能離子. 太陽風離子探測器的傳感器由準直器、靜電分析器和微通道板組成.
　　載荷數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDMS）
　　有效載荷數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(PDMS)是一個基于1553B總線的分布式系統(tǒng),系統(tǒng)由總線控制器（BC）、大容量存儲器（SSR）、高速復接器（HRM）、遠置終端（RT）及載荷配電器（PPD）組成.大多數(shù)有效載荷通過1553B總線實現(xiàn)與PDMS間的通訊,激光高度計和空間環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)則被連接到了RT上.載荷的科學數(shù)據(jù)和工程參數(shù)可由PDMS通過1553B總線獲取并存儲到SSR中.當衛(wèi)星在地面站可接收范圍內(nèi)時,所存儲的數(shù)據(jù)及實時數(shù)據(jù)將由HRM根據(jù)CCSDS 標準組裝為編碼的虛擬信道數(shù)據(jù)單元（CVCDU）串行序列,然后下行到地面.PDMS是一個靈活、高效的系統(tǒng),如果任務(wù)中某個載荷停止了探測,則其它載荷可分享其存儲及傳輸資源.