九天揽月——中国探月工程

“俱怀逸兴壮思飞，欲上青天览明月。”

“人攀明月不可得，月行却与人相随。”

“此时相望不相闻，愿逐月华流照君。”

“我欲乘风归去，又恐琼楼玉宇。”

……

从古至今，无数文人挥墨写下关于月亮的诗篇，寄托了古人的美好愿望。

一我们不能缺席！

上个世纪60-70年代，是人类航天事业蓬勃发展的时代。在那期间诞生了无数伟大的科研成果，涌现出一大批新技术、新材料、新思维。

但由于彼时我国的综合国力尚且有限，将人造卫星送上太空已属不易。载人航天、月球探测的计划只能搁置。1992年9月21日，载人航天计划正式批准实施，史称“921工程”；2004年1月23日，正式开展月球探测工程，并命名为“嫦娥工程”。

属于我们的月球探测时代，终于来了！

我国实施重大项目往往经过长久的论证与周密的考量，航天科技亦不能例外。周总理提出的“严肃认真，周到细致，稳妥可靠，万无一失”十六字诀，至今仍是我们航天人的行事准则。我们不追求苏联的速度，也不追求美国的大手笔，我们要利用有限的资金投入，尽可能完成自己的探月工程，按照计划一步一步向前推进，管外面风吹雨打，我们坚定前行就好。

一步难登天，指望一开始就把人送上月亮，是不切实际的。嫦娥工程可分为“绕”、“落”、“回”三个期段（三步走）

从2004年正式实施登月计划，到2013年嫦娥三号登陆月球，这中间的日日夜夜，想必一定洒满汗水。

二第一阶段：“绕月”

虽然我国早在1970年就发射了环绕地球的人造卫星“东方红一号”，但要发射月球探测器，还是难度很大。不说别的，光是让探测器飞越38万公里，准确进入月球轨道就是件麻烦事。

从地球到月球，这中间需要经过多次变轨机动，容不得半点差错。

2007年10月24日18:05，搭载嫦娥1号的长征3号甲运载火箭点火发射。1473秒后，嫦娥顺利入轨，并在后续的几个月里，通过多次变轨进入月球轨道，顺利绕月飞行。嫦娥1号利用搭载了共计8种24台件科学探测仪器，重130千克，即微波探测仪系统、γ射线谱仪、X射线谱仪、激光高度计、太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器、CCD立体相机、干涉成像光谱仪。对月球表面的化学元素进行分析，获取了月球全表面照片。

在轨运行一年中，共传回1.37TB的有效科学探测数据，获取了全月球影像图、月表部分化学元素分布等一批科学研究成果，圆满实现工程目标和科学目标。

2009年3月1日，嫦娥1号在控制下成功撞击月球，完成了它的使命。

嫦娥2号同样搭载了很多科学仪器，对月球表面展开了细致的勘察。在完成预定探测任务后，嫦娥2号离开月球轨道，前往日地拉格朗日L2点，为后续的深空探测积累经验。甚至还飞越小行星图塔蒂斯（Toutatis），并拍摄珍贵画面。

就此，嫦娥2号任务圆满收官！这一刻，是2012年的12月15日，离项目开始仅仅过去了不到9年的时间。

之后嫦娥2号离地球越来越远，截止2014年中，距离地球已突破1亿公里！从嫦娥2号成了一颗太阳的卫星，在轨道上高速前进着，预计2029年将再次飞回地球大约700万公里的距离。

“可上九天揽月，可下五洋捉鳖，谈笑凯歌还。世上无难事，只要肯登攀。”

嫦娥2号超额完成科研任务，不代表万事大吉。中国航天人有着更高的追求，那便是三步走战略的第二步“落”。能跨越38万公里的距离抵达月球轨道，不代表能在月球表面安稳着陆。

三着陆月球

2013年12月2日，嫦娥3号发射升空，带着中国第一台月球车玉兔号奔向月球。12月14日，嫦娥带着玉兔顺利在月球虹弯着陆区着陆（后来着陆区被命名为广寒宫）。这是中国第一个在月球着陆的探测器，也是继1976年之后，人类第一个在月球表面着陆的探测器。

次日，玉兔号月球车从着陆器中缓缓驶出，开展月球表面巡视工作。虽然它只在月球表面行驶了114.8米，但这是中国第一次将探测器送上月球，意义非凡。

玉兔号搭载了全景相机、光学望远镜、测月雷达、极紫外相机等多种科学设备。测月雷达可以对月球地下330米深度的地质结构展开考察，有助于了解月球的地质演变过程；而5.9英寸口径的光学望远镜，可以在没有大气干扰的情况下对宇宙进行观测，获取高质量的照片。

玉兔顺利抵达月球，但这并不意味着高枕无忧。相反，月球的环境可以说危险重重。月球的白天与黑夜各为14天，在阳光照射的地方，温度高达120℃；而在没有太阳的黑夜，温度只有零下180℃。对于月球车上搭载的各种科学仪器来说，无疑是一场严峻的考验。在特殊的环境下，不能只靠太阳能板供应能源。科研仪器需要保温，不能长时间处于零下一百多度的环境。所以玉兔号搭载了钚-238同位素热电池，通过衰变热获取能源，再通过热电偶将热能转化为电能，为仪器加热保温。

嫦娥3号任务大获成功，相较于前两次任务获取的全月图像，这次的成果更进一步：

1、获得了月壤分层结构和浅层月岩的分层结构剖面图；

2、揭示了着陆区浅表层结构特征及地质演化历史，说明月球在晚至 25 亿年左右仍存在大规模火山喷发；

3、发现一种新的岩石类型。

四月背征途！

嫦娥3号成功着陆月球，下一步该做些什么？准备载人登月吗？不不不，此时的时机仍不成熟。且不说载人登月飞船是否研制成功，就连大型火箭长征5号依然在开展紧锣密鼓的试验工作。仅靠长征3号乙，是不足以把更重更大的飞船送上月球的。难道我们就要一直等下去么？当然不是，我们还有很多有意义的事情要做。做一件前人没有做过的事情，那便是登陆月球背面！

由于潮汐锁定的缘故，月球的自转周期和公转周期一致，所以它永远是正面对着我们。

从1959年月球2号撞击月球直到嫦娥4号着陆之前，没有任何一颗探测器在月球背面着陆。月球背面有什么？这个问题是那么的令人着迷，仿佛有着吸引人的魔力。为什么要到月球背面去？因为它就在那里！

由于登陆月球背面是一项艰难的工程，因此嫦娥3号到嫦娥4号中间间隔了5年之久。在月球背面登陆，首要问题便是通讯。月球背面与地球隔着半个月球，信号被阻挡的严严实实，如何实现高效稳定的通讯，成为摆在工程师面前的一大难题。这个问题说难也难，说简单也简单。拿手机举例子，我的手机不能与远处其他人的手机直接通话，因为功率有限+距离太远，但可以通过基站实现全球覆盖，畅享通话。

所以，在月球地球之间部署一颗通讯卫星就可以解决问题了！

这颗中继卫星被命名为鹊桥号，真是中国式的浪漫啊。通讯问题解决了，该发射探测器了。2018年12月8日，我们的老朋友长征3号乙运载火箭，带着嫦娥4号顺利升空。嫦娥4号绕月飞行长达一个月，最终才于19年1月3日着陆。（那当然，月球背面着陆，还是谨慎点好。）

嫦娥4号的着陆点位于冯卡门撞击坑，冯卡门何许人也？钱学森的老师兼同事，和钱学森等四位科学家一起，创立NASA的前身——喷气实验室。

1月3日晚22时许，玉兔2号来到月球表面。嫦娥4号任务开展月球背面低频射电天文观测与研究，月球背面巡视区形貌、矿物组份及月表浅层结构探测与研究，以及试验性开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究。值得一提的是，玉兔2号月球车还搭载了荷兰、瑞典、沙特与德国的科学仪器，成为月球探索领域的国际合作的纽带。

不过，玉兔2号最让人关注的试验载荷，当属微型生态系统，俗称月球种菜。微型生态系统携带有植物种子与昆虫的卵，如果卵孵化，昆虫幼虫会放出二氧化碳；发芽的种子会吸收二氧化碳产生氧气和水，从而构成一个简洁版的生态系统。

2019年1月5日20时，实验装置中的低酚棉种子萌发，成为月球上首次长出的地球植物嫩芽，也是整个实验中唯一成功生长的生物，共存活了8天20小时45分钟。

1月12日，登陆地点进入月夜，载荷因无太阳能电池的电力供给而关机，实验亦宣告结束。虽然植物只存活了不到九天，但这次试验足够振奋人心！如果有充足的温湿度条件，是可以批量产出农作物的！或许未来的月球基地会有大面积的蔬菜大棚，为航天员提供源源不断的营养供给。

2019年12月20日18时43分，“玉兔二号”超越苏联探测器月球车1号，成为月面工作时间最长月球车。一直到2023年，玉兔2号依然顽强的工作着，给我们带来无限惊喜。

嫦娥4号任务实现国际首次月球背面软着陆和巡视探测，实现国际首次地月拉格朗日L2点的测控及中继通信。三步走中的“落月”取得圆满成功，下一步就该三期工程——“回”。大型火箭长征5号经过三次归零，逐渐解决可靠性问题，为探月三期工程提供有力支撑。终于可以发射更大载荷的探测器了！嫦娥5号箭在弦上……

“”九天揽月星河阔，十六春秋绕落回。”

从着陆月球到从月球返回，难度又上了一个台阶。毕竟这回可是要让重达数百千克的返回器在月球表面点火发射，然后航行38万公里，再准确在预定地点着陆，中途任何一个环节都容不得半点差池。

如果着陆月球过程中损坏了探测器怎么办？（嫦娥五号的重量远大于四号，8.2吨对3.78吨）如果采样过程中遇到坚硬的岩石怎么办？如果返回器点火不成功或者火箭发动机提前关机怎么办？……有太多的问题需要攻克，所以嫦娥五号任务曾两度推迟。

先是2017年，然后是2019年，最终在2020年底终于发射升空。看着明亮的黄色火焰划破夜空，那一刻我被深深的震撼到了。

五负“重”前行

工欲善其事，必先利其器。前四艘嫦娥飞船由于质量较轻，因此使用长征三号系列火箭便可轻松送上太空；但嫦娥五号由于增加了载荷，导致重量大幅增加，长征三号的运力就不够用了。

长征三号表示：你们呐，还是另请高明吧（doge）于是乎，担负探月三期工程的重担落到了大型火箭长征五号（cz5）的肩上，真负重前行。

提升火箭载荷，这是全球共识。随着日本H2B火箭的发射，我国此前运载力最强的火箭长征2F显得有些落伍了。我国运载火箭在世界航天界第二集团的优势地位已经丧失，为了巩固优势地位，缩短与第一梯队的差距，大型火箭的研发逐渐提上日程。

2000年，长征五号使用的液氧煤油补燃循环发动机YF-100于获得工程立项；

2001年，长征五号使用的一级氢氧发动机YF-77获得研制立项；

2001～2005年，YF-100火箭发动机分别进入初样研制和试样研制阶段；

2006年，CZ5正式立项研制。之后又经历十年的艰辛研制工作，长征五号于2016年11月3日首次发射，取得成功。

十年磨一剑，霜刃未曾试。我们终于获得了属于自己的大型火箭，而且与国际同类型产品相比，也不落下风。长征五号直径5米，高56.97米（采用加长整流罩时为63.2米），采用二级半构型（两级火箭加助推器，助推器算半级），还可以根据任务需要加装远征二号上面级。

每个助推器使用两台YF100液氧煤油发动机，芯一级采用两台YF77氢氧发动机，芯二级采用两台YF75D氢氧发动机。因为直径较大，所以长征五号看起来比我国此前的火箭更胖，因此网友给它起了个亲切的外号——胖五。

长征五号的近地轨道运力理论值为32吨，同步轨道运力为14吨（经过验证）。不过长征五号不用于低轨道卫星的发射任务，低轨道任务一般由其衍生型号长征五号B来承担。

长征五号B与长征五号相比，少了第二级，是世界上唯一一款一级半构型的大型火箭。可将25吨重的载荷送入轨道。目前胖5B一共进行五次发射，均取得成功，是一款可靠的大型火箭。

但严格意义上说，长征五号的首次发射，没有圆满成功，而是存在一些问题。二级发动机提前7秒关机，靠着远征二号上面级延长点火时间才把实践十七号卫星送入轨道。2017年7月2日，长征五号遥二发射，这次发射没有取得成功。火箭二级的一个涡轮变形，导致火箭无法进入预定高度，连带着实践十八号卫星一道，坠入广阔的太平洋。这次失利对航天爱好者的打击很大，对航天人的打击更大。

好不容易做出大型火箭，第二发就出现问题，何时能找出问题？火箭的发动机有故障还是控制系统异常？何时能解决？嫦娥五号因火箭问题推迟，何时能继续任务？……类似的声音如潮水般涌来，五院的每一个人都紧绷着弦。长征五号火箭归零，开始漫长的复盘工作。

在沉寂了两年后，2019年12月27日，长征五号遥三火箭复飞，取得圆满成功！可靠性的问题终于解决了。这次发射的时候，我刚读大二，晚自习拿着手机看的直播，生怕火箭再像上次那样出问题，好在中国航天人没有让我们失望。两年来的压力、汗水、质疑都随着煤油明亮的火焰一起烟消云散。

2020年7月23日，长征五号遥四把天问一号送入地火转移轨道，火箭又一次得到了验证。那么登月三步走的下一步，该继续走了。

六远航百万里

嫦娥五号于2020年11月24日4时30分21秒由长征五号运载火箭于海南文昌航天发射场成功发射。这是中国2020年前，最复杂的一项航天工程。

首先要在月球表面着陆并自动采样，然后从月球表面起飞，接着样品与轨道器对接，最后以每秒11.2km/s的速度返回地球。

每一步都有很高的难度，尤其是对接与返回。虽然我国的空间站早已实现对接，但嫦娥五号毕竟不是在几百公里的高度上环绕地球，而是远在几十万公里之外。就算是无线电，也需要大约1.3秒才能抵达。所以依靠地面控制，是不现实的，因为有着1.3秒的延迟，不能保证安全可靠。

返回更是危险，11.2km/s再入大气层会直接烧毁飞船。因此后续要把速度降到7.9km/s，从而使嫦娥到达地球轨道，再进入大气层，安全返回预定地点。

值得一提的是，嫦娥五号再入大气层的轨迹类似“打水漂”，通过这种方式来降低速度。这种方法难度较大，必须精确控制角度与时机，否则有可能烧毁探测器或者把探测器弹出大气层。

11月28日20时58分，嫦娥五号顺利进入环月轨道；

11月30日4时40分，嫦娥五号探测器组合体顺利分离，将择机实施月面软着陆；

12月1日23时11分，嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面西经51.8度、北纬43.1度的吕姆克山脉以北地区，并传回着陆影像图；

12月2日4时53分，嫦娥五号着陆器和上升器组合体完成了月球钻取采样及封装；

12月3日23时10分，嫦娥五号上升器3000N发动机工作约6分钟，成功将携带样品的上升器送入到预定环月轨道；

12月6日5时42分，嫦娥五号上升器成功与轨道器和返回器组合体交会对接，并于6时12分将样品容器安全转移至返回器中。这是中国首次实现月球轨道交会对接（将来载人登月也会进行月球轨道交会对接的）；

12月17日凌晨，嫦娥五号返回器携带月球样品，采用半弹道跳跃方式再入返回，在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。

此次任务共带回1731克月球土壤样本，每一克都价值连城，远胜黄金。

值得一提的是，备份存储样品交接仪式在湖南省韶山市举行。韶山是谁的家乡？我相信我不必多说。通过月球土壤，我国科学团队有了许多新的发现。不过这个时候互联网上出现一种声音，那就是这批月壤与美国捐给我们的一克月壤不一样，由此就质疑阿波罗登月计划。

这两批月壤是否一致，具体细节我无从得知。但即使是地球上，任意两个地方的土壤，也存在或多或少的不同。

探月工程首席科学家欧阳自远先生，在B站的账号专门做了视频来科普。毕竟当年那一点点珍贵的月壤，就有他参与研究分析。他明确指出，阿波罗登月计划不是造假。NASA之所以不辟谣，目的是为了让一部分有好奇心的人去搜索资料，从而对宇宙产生兴趣。

七展望未来

“绕、落、回”三步走收官之战取得圆满胜利，探月四期已全面启动，包括嫦娥六号、嫦娥七号和嫦娥八号任务。

探月工程四期的三个任务将在未来十年之内陆续实施。今年3月20日8时31分，探月工程四期鹊桥二号中继星由长征八号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射升空。

四期工程取得开门红，不到两个月后，5月3日嫦娥六号探测器发射成功，6月25日14时07分，返回器在四子王旗着陆场成功着陆。此次任务搭载了欧空局与巴基斯坦的载荷，一定程度上促成了国际合作。

后续还有月球极地考察，去寻找月球的极地是否有水……

补充说明：在嫦娥六号的相关视频中，记者问嫦娥副总师裴照宇院士，嫦娥六号和嫦娥四号都是落在月球南极的艾特肯盆地，但其实位置还是不一样的。但裴院士的回复很耐人寻味，他说没有找到阿波罗盆地那个……

于是乎全网开始沸腾，说没有在阿波罗盆地发现美国人登月痕迹，美国登月造假，甚至有人去欧阳自远院士的B站账号下面嘲讽，说他研究了半辈子的假样本……

可是仔细分析就知道，艾特肯盆地内有一座“阿波罗环形山”，也叫阿波罗盆地，而美国阿波罗计划落在月球的六艘飞船，没有一个在艾特肯盆地。阿波罗11号在静海盆地，12号在风暴洋，14号在弗拉·毛罗环形山，15号在海德里亚平宁区，16号在笛卡尔高地，17号在陶拉斯-利特罗山谷，都离月球南极的艾特肯盆地远着呢！

个人认为院士的意思可能是说嫦娥六号还在绕月，暂时没到预定的着陆区，而不是说没找到登月痕迹。

至于狂欢的一小部分人，我只能说“我觉得这就是一种自信”