论文范文探月工程论文

2004年1月，我国探月计划“嫦娥1号”工程正式启动，这标志着我国的深空探测进入了实际操作阶段。探月工程将分“绕”、“落”、“回”3个阶段来具体实施。随着我国航天事业的发展，对空间飞行器的定轨精度要求越来越高。目前，我国火箭运载的能力可以确保把总重约吨的飞行器送到约38万公里的地月距离处，但保证其准确进入环月飞行工作轨道则有赖于地面测控系统的精密定轨和轨道预报。经多次反复论证，我国探月工程决定，探月飞行器的测控工作，以我国的联合S波段(USB)测控系统为主，辅以中国科学院的甚长基线射电干涉(VLBI)测量系统进行精密定轨。 本文以我国正在实施的探月计划“嫦娥1号”工程为背景，分析了在我国USB测控网和VLBI跟踪网的现有空间分布、观测弧段和尽可能接近真实情况的误差源等前提下的探月飞行器的精密定轨。“嫦娥1号”的整个飞行过程包括以地球为中心的调相轨道飞行、地月系之间的奔月飞行轨道以及环月轨道的飞行。各轨道段有不同的轨道特征，为此，本文重点分析了影响奔月飞行器和环月飞行器定轨精度的主要误差源，以及观测量精度、观测资料类型等对定轨的影响。在环月阶段，月球重力场误差是影响定轨的最主要的误差源，本文采用减缩动力学法，即采用合适的经验加速度参数吸收重力场误差对定轨的影响。采用的方法是仿真模拟计算，即首先模拟观测数据，然后在计人各误差源的影响后进行求解，并对解算结果进行比较。仿真模拟的工具是美国宇航局哥达德飞行中心的空间数据分析软件系统GEODYNⅡ。 仿真的计算结果表明：采用USB测距、测速和VLBI时延，时延率联合定轨能够提高定轨和轨道预报精度。在奔月阶段，提高观测量精度(时延)和减小测量船的点位误差将有助于提高定轨精度，而在环月阶段，采用减缩动力学方法和提高月球重力场精度将有助于提高定轨精度。

刚刚过去的20世纪，是人类科学技术飞速发展的时代，也是航天技术飞速发展的时期，半个多世纪以来，航天技术对人类社会的发展做出了巨大贡献。与此同时，中国的航天事业也取得了举世瞩目的辉煌成就。下面我将回顾中国航天事业的历史成就，展望未来发展，并简要介绍中国在航天领域开展的国际合作。 一、中国航天事业取得的成就 经过51年的发展，我国航天事业已经形成了六个能力——进入空间的能力、卫星研制能力、载人航天能力、深空探测能力、航天基础与保障能力，以及卫星应用能力。 1、进入空间的能力 中国长征运载火箭具备了吨的近地轨道、吨的同步转移轨道的运载能力，能够发射世界上绝大多数商业卫星。1996年10月以来，长征火箭已经连续60次发射成功。 至今，长征火箭进行了102次飞行，将87颗国产卫星和6艘飞船、28颗国外商用卫星送入预定轨道。前50次发射用了28年，后50次仅用了9年并且全部发射成功。未来我们将迎来新一轮高密度发射。 2、卫星研制与运行能力 目前我国已经拥有通讯、遥感、资源、导航定位、气象、科学实验、海洋七个卫星系列。在通信卫星方面：1984年，中国第一颗地球静止轨道试验通信卫星东方红二号发射成功，此后我们先后发射了东方红二号甲实用通信卫星、东方红三号中等通信容量的广播卫星。今年，我们用东方红四号(DFH-4)大型静止轨道卫星平台，为尼日利亚成功研制并在发射了大容量通信卫星。东方红四号平台设计寿命15年，输出功率 KW，适用于大容量通信广播、电视直播卫星等。它的成功研制，标志着中国卫星研制达到了新的高度。 在遥感卫星方面：20世纪80年代至今，我们已经形成了气象卫星、资源卫星、海洋卫星等三个遥感卫星系列。 ——气象卫星：中国在上世纪80年代发射了首颗“风云1号”太阳同步轨道气象卫星，90年代发射了“风云二号”地球静止轨道气象卫星。两种气象卫星均实现了稳定的业务化应用，并被世界气象组织列入业务应用卫星序列。 ——地球资源卫星：上世纪90年代，中国和巴西合作开发了第一代中巴“资源1号”卫星，之后我们自行研制了第二代中国“资源二号”卫星，获得了更高的时间分辨率和空间分辨率。这些卫星均已实现业务化运行，广泛用于经济建设的各领域。 ——海洋卫星：进入21世纪，我们先后发射了海洋-1A和1B两颗海洋探测与监测卫星，用于海洋污染监测，海冰预报，海岸带特征调查、海洋资源探测等。两颗卫星获取的海洋基础信息在发展我国海洋事业中发挥了重要作用。 在返回式卫星方面：从1975年至今，我们成功发射和回收了5种类型、21颗返回式卫星。利用返回式卫星，我们开展了资源调查、地图测绘、地质调查等遥感应用，并为国内外用户进行了100多项微重力和空间环境条件下的材料、生命科学实验，以及农作物种子搭载试验等。 在导航卫星方面：从上世纪90年代开始，我们采用双星定位技术和较少的资金投入，自主研制、建设了第一代“北斗”区域导航卫星系统。这一系统已具备了在中国及周边地区范围内的定位、授时功能，可提供区域性全天候导航定位服务。 在科学技术试验卫星方面：40多年来先后发射了10颗科学技术试验类卫星，形成了科学试验卫星系列。这些卫星在空间环境探测、空间科学试验和新技术试验等方面，发挥了积极的作用。至今，我国自行研制和发射了80多颗人造地球卫星。未来，中国航天器的发射数量将大大增加，技术水平将不断提高。 3、载人航天的能力 1999年月11月，我国成功发射了第一艘无人飞船，2003年10月15日，中国神舟5号飞船圆满完成了我国首次载人飞行，标志着中国独立掌握了载人航天技术。2005年10月12～17日，两名航天员圆满完成神舟六号飞行任务，实现了2人5天、航天员直接参与空间科学实验活动的新跨越。 神舟飞船采用了三舱一段结构，两对太阳电池翼构型，升力控制返回和圆顶降落伞回收方案，飞船轨道舱兼具生活舱，可驻留轨道数月开展空间科学探测和技术试验。从神舟二号到五号，四个轨道舱的上百种仪器进行了对地观测、空间科学实验。这项工程形成了100多项具有自主知识产权的新技术、新方法。 4、深空探测的能力 实施月球探测工程是中国向深空探测迈出的第一步。这一工程分三个阶段实施。在第一阶段，发射在月球200公里轨道运行的月球卫星——嫦娥1号，它的任务是拍摄月表三维照片，分析月球上多种元素的分布，探测月壤厚度，探测地月空间环境。嫦娥1号已进入发射准备阶段，计划2007年10月发射，在轨运行一年。完成第一阶段工程后，将实施第二、第三阶段工程。 5、航天基础与保障能力 ——经过51年的发展，中国航天已具备较强的设计能力、加工制造能力、完备的测试和试验能力、可靠的发射能力、有效的测控管理能力，形成了较完整的航天工业体系 ——在发射场方面，建设了酒泉、西昌和太原发三个射场。为配合新一代运载火箭计划，正在论证在海南建设新的发射场。 ——在测控通信领域，建立了覆盖国家本土、太平洋和非洲地区的航天测控网，基本满足了航天活动的测控需要。 ——在地面和应用系统方面，建成了中国遥感卫星地面站、国家卫星气象中心、国家卫星海洋应用中心和中国资源卫星应用中心等卫星地面和应用系统。在载人航天、月球探测等领域，也建成了配套的专业工程体系。 6.空间应用能力 几十年来，中国的航天事业在国民经济和社会发展中发挥了重要的促进作用，形成了广泛的空间应用的能力。例如：通信卫星承担了几十套电视节目、30路对外广播和8000多部卫星电话的传输任务，使电视人口覆盖率由68%增加到90%以上，全国500多个大中城市开通了长途自动拨号电话，基本改变了新疆、青海、云南、贵州等边远地区及海防海岛收视难、通信难的状况。政府利用“村村通”卫星直播平台，解决了全国10万个行政村的电视覆盖盲点。依靠通信卫星电视广播网播出教育节目，使3千多万人接受了大中专电视教育，远程教育网培养的大学毕业生已达200多万人，现有1600多万人在校学习。卫星遥感已在我国气象、地矿、测绘、农林、水利、海洋、环保、区域和城市规划等方面得到广泛应用。利用卫星遥感对洪水、干旱、台风、地震、森林火灾、病虫害等进行预报和评估，每年减少数百亿元自然灾害造成的损失。 中国进行了300多种农作物种子卫星搭载试验，完成了50多个品系大面积种植推广，经过太空育种的种子，可比原有品种增产10%-20%。利用空间微重力的特殊环境，获得了高质量的蛋白质晶体，掌握了有应用前景的空间生物制药技术和方法。 二、中国航天事业的未来发展 去年10月，中国政府发布了《2006年中国的航天》白皮书，描述了未来五年及较长一个时期，我国航天事业的发展目标和主要任务。未来一段时间，我们将重点实施下面五项重大工程。 一是继续实施载人航天工程。重点突破航天员出舱活动、空间飞行器交会对接等重大关键技术，为建立具有一定应用规模的有人照料、长期在轨飞行的空间实验室奠定基础。2008年我们将发射神舟七号飞船，突破航天员出舱活动。 二是实施月球探测工程。发射“嫦娥1号”后，将实施探月工程第二、第三阶段计划，2013年左右，完成月面软着陆探测；在2020年前，发射小型采样返回舱，采集月球样品返回地球，进行深入研究。 三是启动并实施高分辨率对地观测系统工程。将在天基、近空间、空基不同层次进行大气、陆地、海洋的综合观测，形成全天候、全天时、稳定运行的对地观测能力，并可根据需要对特定地区进行高精度观测，满足立体观测和高分辨率观测的需要。 四是完善“北斗”导航试验卫星系统。自主研制并建成12颗卫星组成的区域导航定位系统，满足中国及周边地区用户需求；在此基础上，进一步扩展到由30多颗不同轨道卫星组成的全球卫星导航定位系统，获得高精度授时和用户位置报告能力。 五是研制新一代无毒、无污染和大推力的运载火箭。使近地轨道运载能力从吨提高到25吨，同步转移轨道运载能力从吨提高到14吨。新型火箭预计在2013年左右投入使用。 三、积极推进国际合作，为维护世界和平力做贡献 和平利用外层空间，造福全人类，是中国发展航天事业的宗旨。坚持“平等互利、和平利用、共同发展”是我们开展航天合作的原则。目前，我国与俄罗斯、欧洲空间局等几十个国家和国际组织建立了良好的航天合作关系，先后与60多个国家和组织开展了双边、区域、多边以及商业服务等多种形式的广泛空间合作。例如，我国已为国外客户成功发射28颗卫星；我国与巴西成功研制了中巴资源卫星；我国参加了欧洲伽俐略导航卫星项目，并与欧洲成功实施了双星探测项目。今年中国航天局与俄罗斯航天局签署了中俄火星探测合作协议。我们还为尼日利亚研制和发射了大容量通信卫星。作为重要的航天国家，中国加入了多个国际航天组织，并在联合国及有关组织的外空事务中发挥着重要作用。 结语 过去五十年，中国航天事业取得了举世瞩目的成就；未来十五年，中国航天事业将面临更多的挑战，也充满了难得的发展机遇，中国航天将进入更快发展的新时期。太空属于人类，航天需要合作。我们愿意与世界各国共同推进航天领域的国际合作，为人类和平利用太空贡献力量！

发射人造地球卫星、载人航天和深空探测是人类航天活动的三大领域。重返月球，开发月球资源，建立月球基地已成为世界航天活动的必然趋势和竞争热点。开展月球探测工作是我国迈出航天深空探测第一步的重大举措。实现月球探测将是我国航天深空探测零的突破。月球已成为未来航天大国争夺战略资源的焦点。月球具有可供人类开发和利用的各种独特资源，月球上特有的矿产和能源，是对地球资源的重要补充和储备，将对人类社会的可持续发展产生深远影响。中国探月是我国自主对月球的探索和观察，又叫做嫦娥工程。 国务院正式批准绕月探测工程立项后，绕月探测工程领导小组将工程命名为“嫦娥工程”、将第一颗绕月卫星命名为“嫦娥一号”。“嫦娥一号”卫星由中国空间技术研究院承担研制，主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。我国绕月探测工程将完成以下四大科学目标：1、获取月球表面三维影像。划分月球表面的基本地貌构造单元，初步编制月球地质与构造纲要图，为后续优选软着陆提供参考依据。2、分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点。对月球表面有用元素进行探测，初步编制各元素的月面分布图。3、探测月壤特性。探测并评估月球表面月壤层的厚度、月壤中氦-3的资源量。4、探测地月空间环境。记录原始太阳风数据，研究太阳活动对地月空间环境的影响。 国防科学技术工业委员会副主任、国家航天局局长、绕月探测工程总指挥栾恩杰介绍，由月球探测卫星、运载火箭、发射场、测控和地面应用等五大系统组成的绕月探测工程系统届时将实现以下五项工程目标：⊙ 研制和发射我国第一个月球探测卫星；⊙ 初步掌握绕月探测基本技术；⊙ 首次开展月球科学探测；⊙ 初步构建月球探测航天工程系统；⊙ 为月球探测后续工程积累经验。月球探测三期工程主要包括以下5个科学目标: 1. 探测区月貌与月质背景的调查与研究 利用着陆器机器人携带的原位探测分析仪器，获取探测区形貌信息，实测月表选定区域的矿物化学成分和物理特性，分析探测区月质构造背景，为样品研究提供系统的区域背景资料，并建立起实验室数据与月表就位探测数据之间的联系，深化和扩展月球探测数据的研究。探测区月貌与月质背景的调查与研究任务主要内容包括： 1）探测区的月表形貌探测与月质构造分析； 2）探测区的月壤特性、结构与厚度以及月球岩石层浅部（1～3 km ）的结构探测； 3）探测区矿物/化学组成的就位分析。2. 月壤和月岩样品的采集并返回地面 月球表面覆盖了一层月壤。月壤包含了各种月球岩石和矿物碎屑，并记录了月表遭受撞击和太阳活动历史；月球岩石和矿物是研究月球资源、物质组成与形成演化的主要信息来源。采集月壤剖面样品和月球岩石样品，对月表资源调查、月球物质组成、月球物理研究和月球表面过程及太阳活动历史等方面都具有重要意义。月壤岩芯明岩样品的采集并返回地面的任务主要内容包括： 1）在区域形貌和月质学调查的基础上，利用着陆器上的钻孔采样装置钻取月壤岩芯； 2）利用着陆器上的机械臂采集月岩／月壤样品； 3）在现场成分分析的基础上，采样装置选择采集月球样品； 4) 着陆器和月球车都进行选择性采样，月球车可在更多区域选择采集多类型样品，最后送回返回舱。3. 月壤与月岩样品的实验室系统研究与某些重要资源利用前景的评估 月壤与月岩样品的实验室系统研究与某些重要资源利用前景的评估任务主要内容包括： 1）对返回地球的月球样品，组织全国各相关领域的实验室进行系统研究，如物质成分（岩石、矿物、化学组成、微量元素、同位素与年龄测定）、物理性质（力学、电学、光学、声学、磁学等）、材料科学、核科学等相关学科的实验室分析研究； 2）月球蕴含丰富的能源和矿产资源，进行重要资源利用前景的的评估，是人类利用月球资源的前导性工作，可以为月球资源的开发利用以及人类未来月球基地建设进行必要的准备；根据月球蕴含资源的特征，测定月球样品中He-3、H 、钛铁矿等重要资源的含量，研究其赋存形式； 3）开展He-3等太阳风粒子的吸附机理和钛铁矿富集成矿的成因机理研究； 4）开展He-3 、H 等气体资源提取的实验室模拟研究。 4. 月壤和月壳的形成与演化研究 月壤的形成是月球表面最重要的过程之一，是研究大时间尺度太阳活动的窗口。月球演化在31 亿年前基本停止，因此月表岩石和矿物的形成与演化可反映月壳早期发展历史；月球表面撞击坑的大小、分布、密度与年龄记录了小天体撞击月球的完整历史，是对比研究地球早期演化和灾变事件的最佳信息载体。 5. 月基空间环境和空间天气探测 太阳活动是诱发空间环境与空间天气变化的主要因素，对人类的航天等活动有重大影响。在月球探测三期工程中空间环境与空间天气探测包括以下内容: 1）空间环境探测器 记录宇宙线、太阳高能粒子和低能粒子的通量和能谱，分析与研究太阳活动和地月空间环境的变化；探测太阳风的成分与通量，为月壤成熟度和氦－3 资源量的估算提供依据。 2）甚低频射电观测 在月面安置由两个天线单元组成的甚低频干涉观测阵，长期进行太阳和行星际空间的成图和时变研究，建立世界上第一个能够观测甚低频电磁辐射的长久设施。我国航天科技工作者早在1994年就进行了探月活动必要性和可行性研究，1996年完成了探月卫星的技术方案研究，1998年完成了卫星关键技术研究，以后又开展了深化论证工作。经过10年的酝酿，最终确定我国整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段。第一步为“绕”，即发射我国第一颗月球探测卫星，突破至地外天体的飞行技术，实现月球探测卫星绕月飞行，通过遥感探测，获取月球表面三维影像，探测月球表面有用元素含量和物质类型，探测月壤特性，并在月球探测卫星奔月飞行过程中探测地月空间环境。第一颗月球探测卫星“嫦娥一号”已于2007年10月24日发射。第二步为“落”，时间定为2007年至2010年。即发射月球软着陆器，突破地外天体的着陆技术，并携带月球巡视勘察器，进行月球软着陆和自动巡视勘测，探测着陆区的地形地貌、地质构造、岩石的化学与矿物成分和月表的环境，进行月岩的现场探测和采样分析，进行日-地-月空间环境监测与月基天文观测。具体方案是用安全降落在月面上的巡视车、自动机器人探测着陆区岩石与矿物成分，测定着陆点的热流和周围环境，进行高分辨率摄影和月岩的现场探测或采样分析，为以后建立月球基地的选址提供月面的化学与物理参数。第三步为“回”，时间定在2011至2020年。即发射月球软着陆器，突破自地外天体返回地球的技术，进行月球样品自动取样并返回地球，在地球上对取样进行分析研究，深化对地月系统的起源和演化的认识。目标是月面巡视勘察与采样返回。当“绕、落、回”三步走完后，中国的无人探月技术将趋于成熟，中国人登月的日子也将不再遥远。