欧洲探月计划的敲门砖
欧空局2003年9月27日在法属圭亚那库鲁航天发射场使用阿里安5运载火箭发射了“小型先进技术研究任务”(SMART)1月球探测器。这是人类进入21世纪以来进行的第一次探月活动。<p> </p><p> 月球是离我们最近的星球，也是地球唯一的天然卫星，曾引发人类的无尽遐想。航天技术的出现，为人类认识和开发月球提供了有效的手段。从20世纪50年代末开始，美国和前苏联展开了以探月为中心的空间竞赛。通过这些探月活动，人类对月球的表面形态、矿物分布和月球附近的空间环境有了基本的了解。但是，这些探月活动主要是在20世纪60～70年代之间进行的。限于当时的技术水平，人们对月球的了解仍有很大的局限性。</p><p> </p><p> 1994年和1998年，美国又分别向月球发射了两颗小型探测器“克莱门蒂娜”和“勘月者”，取得了丰硕成果。此后，一些国家和机构纷纷提出要发射自己的月球探测器，探月再度成为各个国家和机构追逐的目标。近年来提出探月的国家和机构包括欧空局、日本、中国和印度。美国航宇局也声称不久将重返月球，甚至还有一家美国公司计划在近期发射月球探测器。而在这新一轮的探月竞赛中，首先出发的便是欧空局的SMART－1。</p><p> </p><p> SMART计划是欧空局制定的高技术试验计划之一，主要目的是验证未来深空探测需要采用的一些新技术，如太阳能电火箭、深空无线电通信、激光通信和新型探测仪器等。SMART－1是该计划中的第一项任务，也是欧空局首次探测月球。</p><p> </p><p> <strong>飞行任务概述</strong></p><p> </p><p> SMART－1的发射过程分4个阶段：首先由阿里安5火箭送入地球同步转移轨道(同时发射的还有2颗大型通信卫星)，然后用大约16个月的时间使用太阳能电火箭由地球同步转移轨道到达月球附近，随后进入椭圆形月球轨道(近月点300公里，远月点10000公里)，最后对月球进行至少6个月的探测。</p><p> </p><p> 除进行新技术试验外，SMART－1还携带了多种仪器，包括相机和分光仪。它们将以前所未有的精度来研究月球的地形、地貌和矿物学特征，同时还会搜寻隐藏于月球南极的水冰。SMART－1将解释许多悬而未决的科学问题，例如月球的形成、月球的矿物成分以及水的存在与否和数量。这些数据将帮助科学家更好地认识地－月系统以及类地行星，也将为人类在月球上长期居住提供大量有价值的信息。SMART－1还有一项重要任务，那就是在太空中试验太阳能离子发动机推进系统和深空飞行所需的其它创新和关键技术，为未来的行星探测任务铺平道路。SMART－1飞行任务的基本情况见表1。</p><p> </p><p> <strong>小型化思想的杰作</strong></p><p> </p><p> 如上所述，SMART计划的目的是验证未来深空探测所需的创新和关键技术，包括小型化技术。该计划今后陆续还会有其它任务出现。为节约空间和降低成本，SMART－1全部由低成本、小型化的尖端技术部件构成。SMART－1升空时的总质量只有370千克，用于完成10多项技术试验和科学研究的有效载荷质量仅为19千克。它搭载的科学仪器在设计上运用了最先进的小型化概念和方法，其中英国制造的“小型成像X射线光谱仪验证装置”(DCIXS)体积只有15立方厘米，质量不到5千克。</p><p> </p><p> <strong>太阳能离子发动机引人注目</strong></p><p> </p><p> SMART－1将使用太阳能离子发动机作为主推进系统。太阳能离子推进系统有望成为未来空间航行的主流推进系统。随着人类对空间飞行任务要求的提高，传统火箭已难以完全满足需求。离子发动机的出现标志着空间探测推进技术进入了一个全新的时代。</p><p> </p><p> 离子发动机实际上并不是一个新概念，其历史至少可以追溯到1959年。美国在1964年就曾在“空间电火箭试验”(SERT)1亚轨道飞行中试验过2台离子发动机，其中一台成功工作，另一台未能工作。1998～2001年，美国航宇局利用“深空”1探测器，首次尝试将离子发动机作为主推进系统。与“深空”1相比，SMART－1将进行更精细的操作。它将首次综合运用太阳能电推进和行星与卫星的引力来控制航天器飞行。SMART－1将确保欧洲在使用离子发动机方面的独立性。</p><p> </p><p> 与传统的化学火箭发动机不同，离子发动机不靠燃烧燃料来产生推力。简单说来，离子发动机的工作原理是：利用电能使气体工质电离，产生带正电的离子和带负电的电子。电离的气体通过发动机内的磁场加速离开发动机，产生推力。如果电能是由太阳能电池板提供，则称为太阳能电推进。</p><p> </p><p> 与化学发动机相比，离子发动机的工作效率要高约10倍，但不足之处是推力小。不过由于离子发动机利用的是太阳能，所以持续工作时间要比传统发动机长得多。由于效率较高，所需工质较少，用于放置科学仪器的空间可相对增大。同时，随着技术的进步，科学仪器的尺寸将越来越小，航天器整体尺寸和质量都会减小，航天器效率会进一步提高。离子发动机很可能使原来无法实现的任务成为可能，为太阳系内的空间探测活动开辟新的途径。</p><p> </p><p> SMART－1使用的是PPS－1350型等离子体霍尔效应推力器，由法国斯奈克玛公司制造，使用氙气作为工质，电能由太阳能电池板提供，可提供约70毫牛的推力。除SMART－1使用离子发动机作为主推进系统外，欧空局还已使用小型离子发动机将被阿里安5火箭送入错误轨道的“阿蒂米斯”通信技术试验卫星送入了正确的地球静止轨道位置。</p><p> </p><p> <strong>不为探月而探月技术试验是重点</strong></p><p> </p><p> SMART－1月球探测计划不仅具备科学上的价值，而且在空间技术开发中也扮演着重要的角色。除离子推进外，它将要试验的新技术还包括自主导航和激光通信技术等。从表2可以看出，在SMART－1携带的主要仪器当中，有些被用于科学观测，也有的用于新技术验证。由表可见，SMART－1进行技术试验的份量特别重。作为技术储备，SMART－1飞行任务还会对欧洲航天与防务一体化做出贡献。</p><p> </p><p> 欧洲发射月球探测器只是整个人类迈出的又一小步，而对欧洲来说，SMART－1却是其航天计划的又一次重大飞跃。SMART－1使用的技术在欧洲未来对其它行星进行探测时都能用得到。（曹秀云 杜元清）</p><p> </p><p> </p><p> </p><br />
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