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第4章 漫步太空——人类的飞天梦想(3)

苏联对月球起源所持的观点,是根据月球演化物理力学概念形成的。该理论认为,在地球形成时,小物体和重粒子聚集在地球周围,最后形成月球。

2000年前,人类就开始关注月球。16世纪意大利物理和天文学家伽利略(1564—1642)发明了望远镜,人类第一次通过望远镜观察到月球,这大大有助于人们认识月球。

18世纪末,人类通过探测器拍摄到的照片仍然是始终面向地球的月半球,分辨率为1千米左右,同时出版了月球图。至此,人类第一次看清了月球的轮廓,但对月球结构、月面实际情况以及月球空间环境仍不清楚。

探索月球奥秘:开发月球宝藏

月球的矿产资源极为丰富,地球上最常见的17种元素,在月球上比比皆是。月球岩石中含有地球上全部元素和60种左右的矿物,其中6种矿物是地球没有的。

月球丰富的矿产资源

月球有丰富的矿藏,据调查,月球上稀有金属的储藏量比地球还多。月球上的岩石主要有三种类型,第一种是富含铁、钛的月海玄武岩;第二种是斜长岩,富含钾、稀土和磷等,主要分布在月球高地;第三种主要是由0.1~1毫米的岩屑颗粒组成的角砾岩。月球岩石中含有地球上全部元素和60种左右的矿物,其中6种矿物是地球上没有的。

科学家指出,要开发月球必须对月球进行全面的探测,了解月球的资源,并逐步对资源进行开发。月球的矿产资源极为丰富,地球上最常见的17种元素,在月球上比比皆是。以铁为例,仅月面表层5厘米厚的沙土就含有上亿吨铁,而整个月球表面平均有10米厚的沙土。

月球表层的铁含量不仅异常丰富,而且便于开采和冶炼。据悉,月球上的铁主要是氧化铁,只要把氧和铁分开就行;此外,科学家已研究出利用月球土壤和岩石制造水泥和玻璃的办法。在月球表层,铝的含量也十分丰富。

丰富而又宝贵的核电站的能源

月球表面覆盖着一层5~20米厚的月壤,太阳风粒子的长期注入使月壤富含稀有气体成分。据计算,月壤中氦-3的资源总量可达100万~500万吨,从月球土壤中每提取一吨氦-3,可得到6300吨氢、70吨氮和1600吨碳。

用氦-3和氘做燃料来进行核聚变发电要比目前正加速发展的利用氘和氘反应的热核聚变装置有更多的优势。利用氘和氦-3进行的氦聚变可作为核电站的能源,这种聚变不产生中子,安全性高并且无污染,是容易控制的核聚变,不仅可用于地面核电站,而且特别适合宇宙航行。

建设一个500MW的氘-氦-3核聚变发电站,每年消耗的氦-3仅50千克。美国年发电总量需25吨氦-3,而中国只需8吨,全世界年总发电量大约消耗100吨氦-3。也就是说,月壤中的氦-3可满足地球能源需求达万年以上。

因此,开发月壤中蕴藏丰富的氦-3,对于未来能源比较紧缺的地球来说无疑是雪中送炭,对人类未来能源的可持续发展具有重要而深远的意义。

随着可控核聚变发电的商业化、航天科技的发展和进步,航天运输成本将日益降低。利用氦-3发电将成为历史的必然。由于月球的氦-3蕴藏量巨大,许多航天大国已将获取氦-3作为开发月球的重要目标之一。

月海:钛铁矿资源的宝地

月球表面分布着22个主要的月海,除东海、莫斯科海和智海位于月球的背面(背向地球的一面)外,其他19个月海都分布在月球的正面(面向地球的一面)。

在这些月海中存在着大量的月海玄武岩,22个海中所填充的玄武岩体积约1010立方千米,而月海玄武岩中蕴藏着丰富的钛、铁等资源。

这些丰富的钛铁矿是未来月球可供开发利用的最重要的矿产资源之一。

克里普岩是月球高地三大岩石类型之一,因富含钾、稀土元素和磷而得名。克里普岩在月球上分布很广泛。富含钍和铀元素的风暴洋区的克里普岩被后期月海玄武岩所覆盖,克里普岩混合并形成高钍和铀物质,其厚度估计有10~20千米。风暴洋区克里普岩中的稀土元素总资源量约为225亿至450亿吨。克里普岩中所蕴藏的丰富的钍、轴也是未来人类开发利用月球资源的重要矿产资源之一。

阿波罗计划:伟大的登月工程

美国的阿波罗计划是人类第一次登上月球的伟大工程,始于1961年5月,结束于1972年12月,历时11年7个月。阿波罗计划的目的是把人送上月球,实现人对月球的实地考察,并为载人行星探险作技术准备。

人类第一次登月

1969年7月16日上午,巨大的“土星5号”火箭载着“阿波罗11号”飞船从美国卡纳维拉尔角发射场点火升空,开始了人类首次登月的太空飞行。登月第一人——尼尔·阿姆斯特朗说:“对个人来说,这是一小步;但对整个人类来说,却是一个巨大的飞跃!”

阿波罗实现登月梦想

1969年7月16日,黎明之前,3位美国宇航员——尼尔·阿姆斯特朗、巴茨·奥德林和米歇尔·科林斯还在安静地睡着,然而其他人都在通宵达旦紧张地工作。

在肯尼迪发射台的周围,已经有100多万人搭起了宿营的帐篷,这些来自世界各地的人在等待着观看一项伟大创举:人类将从这里出发,实现登月的梦想。

当太阳升起的时候,宇航员们便被送往发射台。在德克萨斯州休斯敦大控制室内,几百个工作人员正在监视各种仪器,他们不允许任何微小的差错发生。一切准备就绪,人类在月球上即将留下第一个脚印,“阿波罗11号”等待起飞。伴随着火光传来震耳的吼声,所有发动机都开动了,观看的人屏住呼吸,瞪大眼睛,注视着火箭徐徐升起。

地球人首次着陆的地方

4分钟后,火箭第一部分脱落,不久第二部分脱落,一个更小更轻的“阿波罗”以每小时27300千米的速度绕地球运行。3小时后,确信一切正常,“阿波罗11号”离开地球轨道飞往月球。宇宙飞船窗外晴空万里,宇航员们从高处留恋地注视着地球上的一切。

地球越来越远,渐渐变成远方闪闪发亮的星球,而月球却越来越近,伟大的时刻就要到了。

“阿波罗”进入月球轨道,宇航员们仔细观察着月面上的一切,并随时向地球控制室报告。不久之后,他们终于接到允许着陆的指令。工作舱中的米歇尔轻轻按动操纵柄,登月舱与工作舱分开了。阿姆斯特朗和奥德林操纵登月舱轻轻落到月球表面。米歇尔留在工作舱中继续绕月飞行,并等待着接回他的朋友。

人类登上了月球。为了纪念和留下证明,第一批登月者在月球上安放了一个金属牌,上面写着:“这是地球上来的人们在月球上首次着陆的地方。”

与此同时,他们还用电视摄像机拍摄了月球上的情况,包括他们在月球上留下的脚印,然后就搜集月亮岩石和矿物的标本。他们还与美国新任总统尼克松通了话。

迎接更加惊心动魄的空间探测

在完成了指定的各种任务之后,宇航员们带着22千克月岩样品和照片等珍贵资料胜利返回地球,受到人们隆重热烈的欢迎。这一切都已成为珍贵的史料而被载入史册。

继“阿波罗11”登月之后,“阿波罗12”到“阿波罗17”又进行了多次登月飞行,前后约有三年半时间,共带回了300多千克月岩样品和土壤标本,还进行了大量科学考察和实验。

月球对人类来说已不再陌生,但是人类的空间探索绝不会仅仅限于月球。人类还向往着去探索金星、火星和其他行星,甚至想飞出太阳系,去探索更广阔的宇宙空间。让我们去迎接更加惊心动魄的空间探测奇迹的出现吧。

世界上最早的月球车:“月球车1号”

苏联第一颗人造地球卫星上天不到两年,人类就开始了探测月球的活动。后来“阿波罗”的计划大获成功,更是增加了人类探索月球的信心。为了方便对月球进行更加全面的探索,新的月球探测工具——月球车,也就随之孕育而生了。

“月球车1号”的设计结构

1970年11月17日,航天史上的第一辆月球车搭载苏联“月球17号”探测器登陆月球。这是一款无人驾驶型月球车,长2.2米,宽1.6米,重756千克,由轮式底盘和仪器舱组成,用太阳能电池板和蓄电池联合供电,这就是“月球车1号”。它有八个轮子,直径是51厘米,通过电动机驱动和使用电磁继电器制动。仪器舱内除了安置遥测系统和电视摄像系统以外,还装有一枚同位素热源,这样可以使之保持温度。“月球车1号”总共行驶了10540米,考察了8万平方米范围的月面,拍摄照片超过2万张,在行车线的500个点上对月壤进行了物理力学特性分析,并对25个点的月壤进行了化学分析。此外,它还收集了大量月面辐射数据。

它的寿命达到了十个月,直到它所携带的核能耗尽为止,这比原计划的90天长了许多。

月球车在美国登月活动中的应用

“月球车1号”的成功让美国人深受鼓舞,于是在他们的月球探测中也出现了月球车。1971年7月26日,“阿波罗15号”飞船把美国第一辆月球车送上了月球,与“月球车1号”不同的是,这是一款有人驾驶型月球车,名字叫做“巡行者1号”。这辆月球车长3米,宽1.8米,重209千克。它是一个双座四轮的自动行走装置,以电池为动力,最高时速可达16公里,宇航员坐在里面驾驶着它在月球表面巡游。在27.9公里的旅程中,他们以车代步,爬越障碍,翻越沟壑,对山脉、峡谷和火山口进行考察,并把激动人心的彩色图像传回地面。随后,美国又有多辆月球车登陆月球。

月球车分为无人驾驶和有人驾驶两种。无人驾驶的月球车由轮式和仪器舱组成,用太阳能电池联合供电。苏联研制的“月球车1号”就是无人驾驶月球车,此后苏联又将“月球车2号”送入月球,并向地球发回了288幅月面全景图。

有人驾驶月球车是由宇航员驾驶在月面行车的月球车。这类月球车的每个轮子都由一台发动机驱动,靠蓄电池来提供动力,特制的轮胎在-100摄氏度的低温下也可保持弹性。宇航员可以操纵手柄驾驶月球车向前向后,或进行转弯和爬坡等操作。美国“阿波罗15号”登月时,两名宇航员驾驶月球车行驶了27.9公里。“阿波罗16号”和“阿波罗17号”携带的月球车分别行驶了27公里和35公里,其间向地球发送了大量月面活动的场景。

美国的“徘徊者号”探测器

美国的“徘徊者号”探测器外形像个大蜻蜓,身长3米,太阳能电池板展开总长4.57米,质量366千克。测量仪器安装在探测器的前面部分,电视摄像机装在独立的尾部。

“徘徊者”探测器发射历程

从1961年8月到1965年3月,美国共发射9个“徘徊者号”探测器。前两次发射失败,探测器没有能够脱离地球轨道。第三个因火箭瞄准出现偏差,探测器在距月球3.7万千米处飞过。第四个因控制系统故障,探测器撞到月球背面去了。第五个因在到达月球前动力系统发生故障而失败。第六个到达月球静海,因电视摄像机失灵,没有获得探测成果。最后三个探测器均获得成功。

第一个到达月球的“徘徊者7号”命中预定着陆点——云海,在与月面相撞的前17分钟里,它开动6台电视摄像机,拍摄了4316张月面照片。照片十分清晰,可以分辨出直径1米左右的坑穴和30厘米大小的岩石。后来的徘徊者8号和徘徊者9号也都成功命中月球,分别降落在静海和云海,共发回13000多张月球近景照片。至此,美国结束了月球硬着陆探测飞行。

1964年7月31日,美国“徘徊者7号”宇宙飞船向地球发回首批月球近景照片,这是自伽利略发明望远镜以来,人类在月球天文观测方面取得的最大成就。

探测任务

探测的任务是在月面硬着陆前逼近月球拍摄照片,测量月球附近的辐射和星际等离子体等。徘徊者号探测器采取地-月轨道,中途校正一次轨道,轨道机动姿态指向精度为3。探测器第一次采用模块结构技术。探测器带有电视摄像机、发送和传输装置、γ射线分光计等设备。徘徊者1~6号的试验都因故障而失败。徘徊者7~9号都装有电视发射系统,各有6台摄像机,其中2台摄像机装有广角镜头。“徘徊者号”系列中第一次取得成功的是7号,它向地球传送了4300多幅电视图像,其中最后的那些图像是在离月面只有300米处拍摄的,显示出月球上一些直径小至1米的月坑和几块不到25厘米宽的岩石。“徘徊者8号”和“徘徊者9号”传送了约1.2万张清晰的月球照片,为“阿波罗号”飞船登月选点作了先行的探测工作。

“徘徊者8号”探测器是美国行星探测的第8颗无人探测器,探测器质量为366千克,于1965年2月17日在佛罗里达州空军基地发射升空,2月20日在月球硬着陆。“徘徊者8号”是以抛射的轨道抵达月球,并在撞击前的最后几分钟飞行时间内传送回高清晰的月球表面影像。

美国“勘测者号”探测器

“勘测者号”是美国为“阿波罗号”飞船登月作准备而发射的不载人月球探测器系列。它的主要任务是进行月面软着陆试验,探测月球并为“阿波罗号”飞船载人登月选择着陆点。自1966年5月至1968年1月共发射7个,其中2个失败,5个成功。

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