嫦娥和玉兔入住「廣寒宮」前歷經磨練

科學工程是設計和實驗的產物，機械和電子工程是如此，建築和道橋工程是如此，航天科技工程更是如此。中國的航天探月工程是一項浩大的系統工程，絕對屬於「大項目」和「大國重器」的範疇，在探月工程取得令國人自豪和世人矚目的巨大成功的背後，我們終於可以了解到在「嫦娥3號」一攬子工程的背後充滿了科學設計和試驗精神。嫦娥3號探測器在14日的21時11分成功登月，通過央視的直播節目，我們的心也是「千萬里追尋著你」，以非常好奇的心境觀看飛行器在月球表面實現「軟著陸」的每一個預定的步驟。可以提到的激動人心的消息有很多，諸如：中國成為世界上第三個有能力獨立自主實施月球軟著陸的國家；這是1976年到現在將近40年之後，人類再次將月球車以軟著陸的方式投放到月球的表面，美國和前蘇聯做到的，中國也做到了；中國有資格分享月球豐富資源的開採；在月球的虹灣，中國的月球漫步者首次在月球的土壤上留下車輪的痕迹；中國的「嫦娥和玉兔」已經在月球的表面享受溫暖的陽光，黑夜的日子是「廣寒宮」；白天的日子則是「火爐宮」。

月球探測工程有怎樣的科學意義？與我們的日常生活有怎樣的聯繫？這是網友和觀眾都非常關注的事情。按照中國空間科學院和中國航天工程總公司以及國外同行專家的解讀，從科學價值上看，探測月球的最終目標是建立月球基地，將月球建成地球的一個「跳板」，從月球低重力的環境中發射深空探測器，在月球上建立「月基天文台」，利用月球無大氣的特性，用肉眼和望遠鏡來觀測優美而深邃的天空，至於國外媒體強調的中國可以在月球上建立導彈基地，形成一種中國版的「月球威脅論」，實在是缺乏依據的「奇思妙想」。從資源利用的價值上看，月球上的氦—3是一種氦的同位素，比地球上的存量豐富得多，探明的儲量至少在1百萬公噸，足夠人類在地球上使用1萬年，考慮到中國由於大量的煤炭燃燒會產生霧霾的惡劣天氣，全球由於石油和天然氣的燃燒會產生氣候變暖的災難效應，用完美的核燃料氦—3替代油和氣體肯定是一種完美的選擇。當然前途光明，道路崎嶇，中國的無人探月工程分「三步走」，嫦娥3號是第二步，嫦娥5號是第三步，嫦娥5號的發射時間定在了2017年，發射地點定在了海南的文昌，它的一項使命就是在月球的表面鑽洞取土，將月球的物質樣本帶回地球。

月球探測工程經過了長時間、多次反覆的設計，拿嫦娥3號攜帶的月球車玉兔來說，它的質量約為140公斤，以太陽能為能源動力，在月球表面巡視時，採取自主導航和地面遙控的組合模式，通過相機的「眼睛」，識別周圍的障礙，自動規划行走的路跡，遇到超過20度的斜坡，高於20厘米的石塊，直徑大於2米的撞擊坑時，能夠自主判斷，進行安全避讓。月球車的設計考慮到了月球土壤揚起的灰塵，避免儀器的損壞。由於月球的晝夜溫差很大，白晝時溫度高達150攝氏度，黑夜時溫度低至零下180度，因此在「玉兔」的設計中必須採用隔熱和散熱的技術，材料的選擇能夠耐受300攝氏度以上的溫差。由於月球繞地球一圈需要28天，月球的自轉也是28天，月球上的一晝夜相當於地球上的28天，因此科研人員為「玉兔」設計了兩種模式，一種工作模式選擇在白天，一個白天相當於地球的14天；另一種休眠模式選擇在黑夜，一個晚上相當於地球的14天。「玉兔」號的設計使用壽命是3個月，在工作模式時，太陽能電池板是伸開的，而在休眠模式時，電池板則是收起的。至於媒體和網民擔心的3個月之後，美國人等去「收拾殘局」，竊取「玉兔」的國家機密，我們的看法是這就像目前不可能在月球上開採資源一樣，成本大得令人「望而卻步」。

月球探測工程經過了長時間、多次反覆的試驗，拿嫦娥3號攜帶的月球車玉兔來說，中國的科研人員在北京的實驗控制室模擬了月球的地形地貌，從長白山運回了與月球表面物質相似的火山灰，通過鋼絲弔掛月球車，模擬了月球的重力環境，對不同齒輪類型的剛性車輪進行了牽引特性的實驗，分析了齒輪在人工月球表面的行駛阻力，確保了「玉兔」，或者是科技人員稱之為的「月面巡視探測器」的平穩運行。不用說嫦娥3號的著陸器已經在巨大的室內月球場進行了成千上萬次的模擬月球重力環境的撞擊實驗，央視在12月14日星期六晚9時嫦娥3號著陸過程中對精彩畫面的直播只有短短的720秒，也就是直播7500牛頓的主發動機點火到熄滅後3米高的「自由落體」運動，而科研人員為了這3米高「自由落體」的撞擊實驗整整用去了6年時間。月球車「玉兔」還在離敦煌200公里的一個人跡罕至的沙漠地帶進行了「實戰訓練」，那裡的環境最接近月球的表面。

至於說「玉兔」「渾身是寶」，是一個智能的機器，或者是網民稱之為的「機器人葫蘆娃」，不太像一隻「兔子」，我們說「玉兔」攜帶的高科技設備已經在地球的環境中得到充分的應用，比如：巡視器和著陸器相互拍照所用的照相機，月球車底部安裝的測月雷達，可以對月表以下上百米的深度進行土壤結構的測量，紅外線光譜儀對月球表面的物質進行化學元素的現場分析，國家天文台用射電望遠鏡接受著陸器和巡視器傳回的圖像信息等等，已經是成熟的技術。中國的科技人員並沒有躺在嫦娥3號成功著陸後贏得的鮮花和掌聲之中，困難和挑戰是巨大的，即使在發射中出現了一些故障，人們也是完全可以理解的，畢竟美國和前蘇聯的探月成功率只有60%左右，2017年發射的嫦娥5號會更加複雜，除了著陸器以外，增加了上升器、軌道器和返回器，現有的火箭和發射場都不夠用了，必須研製新的大功率長征火箭，建設新的發射場等等，未來的載人登月還是後續的事情，可以留給媒體和網民去爭議和討論。科學工程之所以是設計和試驗的產物，就是因為始終存在工程中的各種風險，沒有什麼工程的風險能夠比得上航天科技工程所具有的風險，反覆的、多次的試驗就是為了提升安全保障的水平，最大程度地減少故障的發生，哪怕是一個小的故障也會導致航天工程難以想像的災難。

2013-12-17

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