探月飞行三步曲：环绕月球、软着陆、采集样本

根据探测任务的需要和探月飞行器可能达到的控制水平，可以采用多种飞向月球的方式。最简单的方式是瞄准月球后直接撞击月球，不行就从月球附近飞过。这种方式的探月飞行器在进入奔月轨道后，完全在地球、月球、太阳等天体的吸引力作用下飞行，不需要强大的地面测量控制，也不需要强大的地面测量控制站。探月飞行器设计简单，对运载火箭控制精度要求也不是很高，仅需要必要的远距离通信手段。事先设计好瞄准月球的奔月轨道，如入轨偏差小就撞上月球，入轨偏差大就从月球附近飞过，只要能将所获得的月面资料传回地面即可。但是采用这种飞行方式，撞击月球前或从月球附近飞过的时间都比较短，难以对月球进行长时间细致的观测，获得的月面资料也比较少，属早期技术水平较低的一种飞行方式。“长征三号甲”火箭首次试验发射，就想采用这种飞行方式来实现我国首次奔月飞行；“长征二号F”火箭的第一次飞行也曾设想采用这种飞行方式。

第二种探月飞行方式，是在到达月面附近后实施轨道机动，使探月飞行器进入环绕月球的卫星轨道。这种飞行方式要求在奔月飞行中对探测器到达近月点附近时，适时进行一次或多次轨道机动，使探测器进入探测所要求的环月球卫星轨道。为了获得更全面地对月球观测资料，这个环月轨道最好是通过月球两极上空的极轨道。另外，在对月观测期间，还必须不断控制探测器环绕月球运行的轨道，避免它在月球引力异常等因素干扰下过多偏离要求轨道，甚至撞上月球。这些轨道控制都需要探测器在地面测探站的配合下完成。这不但对探测器的设计提出了很高的要求，还需要建立测探能力强大、测量控制精度足够的地面站。另外，为了将获得的大量探测资料传回地面，还需要强大通信设备，用以解决高速率的数据通信问题。因此，如果在技术上没有达到一定水平，这种飞行方式是难以实施的。

第三种探月飞行方式，是在到达月面附近后多次实施轨道机动，使探月飞行器实现在月面软着陆。可以设计一种直接撞击月面的奔月轨道，在与月面撞击前距离月面一定距离时，控制探测器进行制动，通过多次制动实现在月面软着陆。也可以先以第二种方式飞行，控制探测器进入所需求的环月轨道，在这个轨道上对探测器的轨道进行长时间的测量和控制，最后再选择适当时机，控制探测器多次进行制动，使探测器在月面软着陆，对月面进行定点详细勘测。探测器还可以携带月球车，在月面软着陆后释放出来，让月球车在月面实施巡回勘测，同时将探测器的定点勘测资料和月球车的巡回勘测资料传回地面，供有关人员进行研究。当然，第三种飞行方式对探测器的设计、对探测器和地面测控通信的要求更高。

第四种飞行方式，是让探测器携带返回火箭实现在月面软着陆后，自动采集月面地质样本，然后选择恰当时机控制返回火箭从月面起飞，将所采集的月面地质样本带回地面。返回火箭从月面起飞后，可以直接进入返回地球的轨道，也可以先进入一个环月轨道，在这个环月轨道上对返回火箭的轨道进行测量和控制，最后再选择适当时机控制返回火箭加速，进入返回地球的轨道。返回火箭带有回收舱，在到达地球附近进入地球稠密大气层之前，回收舱与返回火箭分离，回收舱以大于10千米/秒的速度进入稠密大气层，在数千摄氏度的高温下，通过大气阻力减速，最后打开降落伞，落回地面。这种飞行方式除了要实现在月面软着陆外，还要控制返回火箭进入返回地球的轨道，接着进入返回地球大气层的再入走廊，回收舱要解决在大气层内高速运动时的空气动力以及烧蚀和防热问题，技术难度很大。

第五种探月飞行方式，就是实现载人登月。这相当于第四种飞行方式要在载人的情况下完成。这种飞行方式要求系统能保证人的生存，提供人的生活、工作条件，并要求系统有很高的可靠性。如果像美国“阿波罗” 登月计划那样，三人同行，两人乘登月舱登月，一个操纵指令服务舱在环月轨道上等待，则登月舱从月面起飞后，还要实现与指令服务舱在环月轨道上对接。(www.xing528.com)

我们都知道，要使物体绕地球作圆周运动，其速度必须达到7.9千米/秒的第一宇宙速度；要使物体摆脱地球引力束缚，飞离地球，其速度必须达到11.2千米/秒的第二宇宙速度；而要使物体摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系，其速度必须达到16.7千米/秒的第三宇宙速度。

要使月球探测卫星进入月球轨道，其速度应该达到多少呢?有人可能认为应达到第二宇宙速度，实际上只要使初始速度大于10.9千米/秒，月球探测卫星就可飞向月球。这是由于月球本身处在地球引力范围内，当月球探测卫星的飞行轨道在离月球6.6万千米之外时，主要受地球引力作用，是相对地球的椭圆轨道；在离月球6.6万千米之内以后，主要受月球引力作用，是相对于月球的双曲线轨道。

把月球探测卫星从地面发射到月球轨道也有多种方式，常用的有四种:第一种是用运载火箭先将月球探测卫星送入近地球的圆轨道上，然后靠月球探测卫星自行加速进入地月转移轨道到达月球；第二种是用运载火箭将月球探测卫星送入环地球飞行的大椭圆轨道，然后通过月球探测卫星在椭圆轨道的近地点处加速来进入地月转移轨道，最终到达月球；第三种是用运载火箭将月球探测卫星送入地月引力平衡点处，然后在地月引力平衡点处使月球探测卫星加速进入月球轨道；第四种是用运载火箭把月球探测卫星直接送入地月转移轨道从而飞向月球。

我国的探月飞行计划，规划分为三步走:绕、落、回。第一步是发射“嫦娥一号”探月卫星，进入通过月球两极上空的椭圆形月轨道，轨道高度约为200千米，在这个环月轨道上对月球进行约1年的长期观测，这一步已经成功实现。第二步是发射月球探测飞行器，通过环月轨道，实现在月面上的软着陆，并对月面进行定点详细勘测，同时携带月球车，实施巡回勘测。第三步，发射月球探测火箭，实现月面软着陆，采集月面地质样本，在从月面起飞返回地球。