嫦娥三号成功着陆虹湾

2013年12月2日，中国西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功地发射了嫦娥三号探测器，中国探月迎来了一场重头戏，因为这颗探测器将完成在月面软着陆的任务，还携带了一辆月球车。

嫦娥三号成功进入椭圆轨道

“为什么在‘着陆’两个字前加‘软’字呢？”细心的朵朵在看了电视报道后立刻问我。

“着陆月球有两种情况，一种是硬着陆，另一种是软着陆。硬着陆的意思是在着陆器下落到月球表面的过程中，对它的下落速度不加以控制，任其撞击到月球。由于这个速度比较大，所以着陆的瞬间就会把着陆器撞个粉身碎骨。可能小朋友要问了，既然把着陆器撞碎了，那还有啥意思啊。我要说的是，这种着陆也是有意义的，在探测月球的初期，人们能把一颗探测器从地球发射，然后准确撞击到月球表面，这也是不容易的，因为毕竟月球距离我们38万千米呀，在38万千米外‘打靶’成功，对技术上的要求也是很高的。苏联的月球2号就是世界上第一个成功在月球硬着陆的探测器。”

嫦娥三号着陆器示意图

嫦娥三号巡视器示意图

“在科技高度发展的今天，硬着陆也有用武之地。比如探月卫星完成了预定的任务，随身携带的燃料快要用光了，这时就给它发一个指令，让它撞击到指定的区域。地面和太空的望远镜可以观测撞击点产生的烟尘的光谱，通过光谱分析，可以推断撞击区有哪些矿物。”我给朵朵做解释。

“实现软着陆很难吗？”珠珠问。

“实现软着陆在技术上是有相当大的困难的，为了保证着陆器不受到撞击，必须控制它下落的速度。我们知道，月球没有空气，不能用降落伞减速。那怎么办呢？科技人员还是有办法的。通常使用变推力火箭，让火箭朝着陆器运动的方向喷气，这样就起到减速的作用。以我们的嫦娥三号为例，下落开始时，着陆器距离月球表面高度为15千米，速度是每秒1.7千米，要在720秒左右的时间内，将着陆器的速度降低到零，高度也为零，即着陆的那一刻，以很小的速度落到月面，着陆器不会受到损坏，这就是软着陆的过程。”我继续解释。

“爷爷，您说很难，我怎么没觉得难呀？”珠珠说。

“你是对着陆器的速度大小没有感性认识。每秒1.7千米的速度相当于时速6 120千米。在首都机场高速路上，允许小轿车的速度是每小时120千米。如果小轿车以这个速度跑，我们会感到非常快，可是，着陆器的速度是小轿车速度的50多倍，你看多快呀。如果不给着陆器减速，以这个速度撞击月球，肯定是粉身碎骨。”我进一步解释说。

“哎呀，这个速度那么大呀！”珠珠惊讶地说。

“还有嫦娥三号在着陆过程中有一项‘独门绝技’，就是当着陆器下落到离月面大约100米时，能像直升机一样悬停，这是世界第一。这个悬停有什么意义呢？在悬停期间，着陆器的照相机就可以仔细地查看下面有没有较大的岩石、较大的陨石坑。如果没有就直接下落；如果有，就平行移动，再找一个平坦的地方着陆。这样就可以确保着陆的安全。”我向两个孙女解释说。

2013年12月14日，嫦娥三号成功软着陆于月球雨海西北部，15日完成着陆器巡视器分离，并陆续开展了“观天、看地、测月”的科学探测和其他预定任务。嫦娥三号这次还携带了一辆月球车，取名为玉兔号，这是中国第一艘在地球以外天体上运行的车。玉兔携带一部测月雷达，它在月面行走时，雷达向下面发射电磁波，然后接收反射回来的波束。通过分析，就可以获得月球表面几百米以下的地质结构，还可以获得月壤厚度分布的信息。这部测月雷达在世界上也是首次用在月球车上，而且获得了非常丰硕的科学成果。

嫦娥三号下落过程

“爷爷，在嫦娥三号发射时，您在网易网站做解说嘉宾，您在那儿向网友介绍了什么内容啊？”朵朵问。

“爷爷向网友详细地介绍了整个着陆过程。”我回答说。

“你们对这个过程也感兴趣？那好，爷爷就给你们讲讲。”

“在月球100千米×15千米椭圆轨道上飞行4天后，嫦娥3号踏上了中国航天器从未涉足的未知旅程——最后15千米的落月之路。这是中国人通往月球的最后一步，也是我国实现首次地外天体软着陆关键中的关键。这个过程持续720秒，大约430千米的航程，要将速度由1.7千米/秒降低到接近于零。概括来说，整个动力下降过程可分为6个阶段：主减速段、快速调整段、接近段、悬停段、避障段和缓速下降段。主减速段用时最长，七八分钟的样子。通过主减速段，嫦娥三号距月面的高度下降，速度也大幅降低。随后，调整姿态，来到接近段，初步确定安全着陆区。然后，探测器选择安全着陆点。之后，嫦娥三号缓速下降，安全着陆。这几个阶段是环环紧扣、步步递进的，都非常关键，任何一个阶段的任务没完成好，都会影响最后的软着陆，甚至造成灾难性后果。

嫦娥三号悬停阶段

“尽管嫦娥三号的软着陆过程被划分成了6个阶段，但实际上，它在这15千米高度内最重要的任务只有两个，那就是减速和避障。在距月面3千米之前主要是减速，之后的核心目标就是避障和着陆。当然，其间还伴随着调姿。

虹湾地区(www.xing528.com)

月球最美彩虹湾，镶嵌雨海西北边。

地势平坦月坑少，嫦娥落此很安全。

“在快速调整段所用的时间很短，只有几十秒钟，但在此期间要下降大约60米。接着进入着陆接近段，在这个阶段，着陆相机将不断地发回图像数据。下落过程完全是自动进行的，人工干预的可能性几乎为零。这是因为落月过程中的每一个动作都非常短暂，安装在探测器上的传感器一旦获得信息，需要探测器做出极快的响应。

“悬停段距离月面大约100米左右。在这个阶段，通过落月照相机仔细观察，看落点区域是否有障碍物，如果没有，继续下落，如果有障碍物，着陆器将平行移动，选择最佳降落点。悬停的时间大约30秒。之后，嫦娥3号在反推火箭的作用下继续慢慢下降，直到离月面4米高时再度悬停。此时，关掉反冲发动机，探测器实施自由下落。

“为什么要提前关机呢？这是因为如果发动机一直点火的话，噗噗往外喷气，月亮上的尘土一下都喷起来，照相机表面会蒙上灰尘，一些尘埃也会进入仪器里，影响仪器的性能。从4米高的地方自由下落，不会摔坏着陆器，因为着陆器有一个缓冲分系统，也就是嫦娥三号的4条腿。这4条腿既有足够的强度，可以承受着陆时的冲击，又使用了新的缓冲吸能材料，具有一定的柔韧性，可以确保探测器平稳安全。此外，着陆腿还有收拢、展开、支撑的功能，触月时还能发出信号。

“着陆器成功着陆后，接下来要做什么？其实，着陆仅仅是探测的开始，好戏还在后头呢。安全降落以后，嫦娥三号将打开太阳能电池板，携带的仪器经过测试、调试后开始工作。随后，玉兔号月球车将驶离着陆器，在月面进行3个月的科学勘测，着陆器则在着陆地点进行原地探测。这将是中国航天器首次在地外天体的软着陆和巡视勘探，同时也是1976年后人类探测器首次的落月探测。

“嫦娥三号的一个重要科学目的是月表物质成分和可利用资源调查。玉兔号月球车上携带四种仪器，其中红外成像光谱仪进行巡视区月表红外光谱分析和成像探测，粒子激发X射线谱仪对月表物质主量元素含量进行现场分析。它们共同对巡视区能源和矿产资源进行综合研究。”

“月球上有哪些资源呀？”珠珠这时又提出了一个问题。

“月球含有各式各样的矿藏，如氦-3等，这些矿藏从数量来讲，也是非常惊人的。虽然在未来50年内我们可能还谈不上对月球资源的利用，但是从科学的角度来看，我们了解它的资源是有好处的。要想利用资源，你首先得了解它有什么资源。我们在地球上也不是说发现了资源，就马上着手开发。这个资源有没有开采价值，从发现到确切了解它的储量，到判断它有没有可开采性，在地球上也是需要一定时间的，何况在月球上。”

开采氦-3的各类基础设施

“我们做它的前期研究是绝对必要的。不是说一两个卫星就能够把月球资源搞清楚，我们这一代人，或者再过一两代人，要一步步努力，才能逐步能把这些东西搞清楚。在这个基础上，随着我们人类科学的进步，才能谈到开发利用问题。”

“月球上的氦-3资源，现在都说是100万～500万吨，其实这个数据是很不可靠的，仅根据带回来的几块岩石，三百多千克样品，就估计出全球的矿物分布，显然是非常粗糙的。了解某种矿物的详细分布，需要做大量细致的工作。特别是要实地进行探测，还要把样品带回地球，拿到实验室里。氦-3是氦的一种同位素，是一种气体，带回地球可能已经受影响了。只有在月球环境下，把仪器送上去，就地进行分析，这样得出的结论才能是准确的，进而了解各不同地区的分布等。这些工作需要一代一代人去努力才能完成。”

嫦娥三号成功着陆后，主要任务刚刚开始。2013年12月15日，嫦娥三号着陆器与玉兔号月球车进行了互拍，并传回了世界上最清晰的月面图片。

挖掘月壤和提取气体

未来的月球资源开发利用

着陆器

玉兔号月球车

这个区域真平坦（引自国家天文台网站）

这个地方这么多石头啊（引自国家天文台网站）

落在这个地方可危险了（引自国家天文台网站）

落在这个地方更危险（引自国家天文台网站）