焦维新（北京大学地球与空间科学学院教授、中国空间科学学会空间探测专业委员会委员）

问：区别于嫦娥一号和二号，嫦娥三号这次的任务是什么？

焦维新：我们的探月工程分三步走，就是“绕”、“落”、“回”，这个名称就把这几个阶段的任务分开了。绕就是嫦娥一号、二号所执行的任务，所谓的绕就是我们发射一颗探测器，这个探测器围绕着月球运行，变成月球的卫星，它环绕月球飞行时，从极区、赤道各个地区都可以观测到，可以对这个天体表面的全球进行成像，对它表面的一些元素、物质、矿物成分进行测量，这种方式也是非常重要的方式。这种方式对探测月球这种大气层非常非常稀薄天体俩说，用遥感或者拍摄照片的方法，测量的还不准确。

嫦娥三号的方案是我们通过着陆器落在月球表面，月球车，也就是巡视器从着陆器爬出来，着陆器固定不动，它可以有照相机或者一些其他的观测手段观测周围情况，也可以观测远处，月球车顾名思义，就是开着小车可以绕着周围走一走，不是探一个点，而是在它所能到达的范围内进行观测，因为已经到达月球表面，这样对月球表面的元素成分测量的准确度会非常高。

问：这次嫦娥三号的亮点是什么？或者说技术难点是什么？

焦维新：我们这次是落，看点就是落，从工程上来讲有两个技术难点，第一个技术难点就是怎么让它安全、准确的落到指定的地点，就是我们计划的虹湾地区着陆。因为月球上没有空气，所以不能用降落伞来减速，只能用返程火箭减速，用返程火箭减速的话，火箭一推动是往前发，但是你往前喷气的话就是制动作用，只能靠这个。

这里面有一定的程序，在多高的时候返程发动机点火，在多高的时候返程发动机关机等，要经过仔细的设计，实际上是不是按照设计的程序进行，也是对这个工作的一个检验。

整体来讲虹湾地区确实比较平坦，但也不可能整个那一大片地区都没有陨石坑，都没有石头，所以在落的过程中还要看一看预定的着陆点有没有石头，有没有大的陨石坑，如果有的话，还要避过它。

第二个亮点，也是难点，就是落到月球表面以后，一个很突出的问题就是说月球表面环境非常恶劣，白天温度是零上一百多度，夜间温度是零下一百多度，月球上连续14天白天，接着就是连续14天夜间，在这么漫长的黑夜里，如何保障我们的仪器不受损坏，这也是个问题。夜间的话，太阳能翻板不能工作，太阳能电池不能工作，就靠核电源，夜间大部分的仪器可能就不工作了，但是有些最重要的核心部分还得供电，比如说它跟地球通信的联系，它自己的状态情况，它得及时传回地球。也不指望它能探测什么，就是保证它能够安全渡过这个黑夜，等到白天，太阳能翻板能工作了，它再按照预定的计划行走、探测，所以这两点是我们这次所面临的最主要的技术挑战。

问：此前其他的国家也做过探月的挑战，有什么教训是值得我们警惕的吗？我们有什么能从中借鉴吗？

焦维新：从月球车来讲，美国的载人月球车，用的是燃料电池，就是氢在氧中燃烧，利用这个热量发电，功率比较大，人可以坐在月球车上跑。前苏联的月球车不载人，他们在着陆器也取得了一些成功。

时代不同了，他们的那些经验教训我们也只能是借鉴，因为你不能重复那个低水平的情况，比如像前苏联早期的月球车，它是直接奔向着陆点，到月球以后没有环绕月球这个阶段，我的直觉那就相当于撞击月球，只是到了月球一定高度后它再减速，这种方法比较节省时间，但一般来讲这个着陆点不容易非常准确，你想38万公里，这个靶子太难瞄。

我们如果绕着月球转，在绕的过程当中可以对轨道进行修正，保证着陆点的准确性，所以我们这次就没有采用前苏联早期的这种方式。

问：嫦娥三号的发射时间是如何确定的？

焦维新：一是发射机会，还有发射窗口，发射机会的选择就是不同天体有不同的发射机会，比如像探测火星是26个月一个机会，探测月球一般情况下一个月有两次机会，一个是追赶的方式，一个是迎头赶上去。

根据发射地点的位置，以及这个位置和月球的相应位置，我们一般都是采用追赶的这种方式。12月份就是2号到4号这个时间比较合适。

确定了发射机会，具体确定到哪天发射，涉及到一个发射窗口的问题，发射的卫星跟月球基本处于同一个轨道平面上，这样也会更节省燃料，我们一般说的零窗口发射，就是这个意思。

问：嫦娥三号怎么落到月球表面呢？

焦维新：嫦娥三号先是绕着月球转，照相机对月球表面进行探测，绕了一段时间后，再做轨道机动，近月点是15公里，远月点是100公里，这样到15公里的时候又可以进一步对月球进行探测，这个高度看月球看得更清楚，可以进行高温图像。

15公里高度时可以考虑下落。刚开始自由下落时返程发动机也不点火，下落到一定高度，一般是2公里左右这时候发动机才点火，点火以后速度就会降低下来，降到一定的高度以后，大概100米左右吧，探测器悬停在一个高度，对着陆点的情况进行仔细观察，比如有没有大的石块，着落点坡度怎么样，有没有陨石坑，如果都比较安全就可以下落了，如果这个地方不太安全，周围有些地方比它更平整，更安全，那还可以平行移动到另一个点下落。到了大概4米左右的时候，这时候返程发动机关机，关机以后探测器自由下落。

为什么提前关机呢？因为发动机如果一直点火的话，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，另外一些烟尘进入到仪器里，也会影响工作。着陆器的几个腿都有弹性，掉落下来也不至于摔坏。

问：这个就是大家所说的软着陆。

焦维新：这叫软着陆。对应的硬着陆是什么意思呢？硬着陆在不同时期有不同的含义，早期像前苏联在1958年最早探月时，第一发没撞上去，离月球将近6000公里远处飞出去了。第二次月球二号没有脱靶，瞄准了，但一下撞下去。第三次探测器飞到月球背面拍摄到了月球背面的图像。

早期探测器这种撞击是最简单的一种方式，但是现在仍然还有硬着陆的方法，就是撞击的，有意的。比如我们的卫星完成了使命了，控制让它有意的撞向某一个地方，这是一种。另外还有一种就是在轨道器上发射一些探测器，让它撞到月球表面穿进去一定的深度，里面带着一些仪器，测量表面以下一定深度的温度，或者其他一些参数，还可以测量月球振动的一些情况，所以现在对硬着陆又赋予了一些新的含义。

问：此前无论是登陆月球，还是探月，都还是在月球正面？

焦维新：对，因为毕竟涉及到通讯能力，要到背面的话就得有一个月球的中继卫星，先在月球上有一个卫星，它得把信号中转过来，否则没法儿跟它联系。

问：有专家提到这次入轨精度提高三倍，这是什么概念？

焦维新：入轨精度主要涉及到进入地月轨道时入轨的地点还有速度的控制，比如说速度大概每秒10.91跟10.93，就差那么一点点，到达月球的时间就会变化很多，所以对位置的入轨的地点的控制，以及速度的控制，指的这个精度。

问：我们这次说嫦娥三号需要花五天的时间到达月球，跟嫦娥二号的时间是一样的。

焦维新：对，四五天这样吧。

问：嫦娥三号还将携带核能电池，一种核动力装置飞天。

焦维新：这是我们第一次采用。它的确切性名称叫做放射性同位素热电电源。这种电源原先在美苏深空探测中用的比较多。它的使用时间还是比较长的，像旅行者号，1977年发射的，到现在还在运行，它的电源还在用。

问：在飞翔的过程当中，比如它有时候会在太阳照射区，有时候会在阴影区。那么太阳能帆板会有影响吗？

焦维新：那没关系，地球卫星也经常处于阴影区，有太阳照射的时候它就把电能存储起来，有蓄电池。

问：着陆器全部是用帆板提供电源的，巡视器是用核电源的。

焦维新：巡视器又有太阳能电源，又有核电源。

问：这次提到说是巡视器跟着陆器之间的分离是一个难点，它主要难在哪里，可能会遇到哪些问题？就是把月球车释放出来的过程。

焦维新：我觉得这也不是什么太难的点。着陆器落下以后它会释放出一个梯子，月球车爬下来。这个过程在地球上反复演练，只要工作的可靠性比较高，就不会出问题。

美国火星车下来时，是气囊保护，结果气囊破了后，火星车前进时，胶皮挂在轮子上，翻了个跟头，后来左看右看，发现后面270度角没有问题，它从那边后退下去。

问：月球车要在5平方公里以内探测。

焦维新：对，这都是设计好的。包括它走什么样的轨道。因为我们原来对虹湾这个地方已经进行成像，然后设计了一些程序，月球车会把周围环境的信息传回地球，我们可以根据探测的情况给它注入新的程序，让它更改，比如前进的方向等等。

问：嫦娥三号落到月球上后，它完成任务大概需要多长时间？

焦维新：我们设计的月球车的寿命大概是三个月，着陆器的寿命大概是一年，假如说工作顺利的话那也可能延长，像美国的火星车记忆号，设计三个月，现在八年了，还在运行。

问：为了完成这次月面巡视勘测，勘察深空探测通信，嫦娥三号会携带一些仪器，这些仪器会完成什么任务？

焦维新：月球车上带的测月雷达会发射电磁波，我们根据返回回波的特征，可以分析月壤有多厚，下面是什么结构，是否有石头或者铁矿等，再把这个结构进行剖面处理。不仅可以测量表面一些物质成分，还可以了解它内部的结构，我觉得这是一个创意。前苏联的月球车上就没有安排这样的设备。

还有一些仪器可以测量岩石的元素成分。

问：您刚才提到有些仪器可以探测到月壤成分岩石组成表面结构，这些国外探测过吗？

焦维新：这都是着陆器测量月表的基本参数，国外也都做过测量。

问：只是说这是第一次测虹湾地区的参数？

焦维新：对，因为探测器着陆的地区不一样。

问：会不会在虹湾地区发现其他国家没有发现的元素成分或者矿产成分？

焦维新：那倒完全有可能，因为谁也不清楚到底哪个地区的元素成分、矿产成分是怎么样的。

问：月球车上带了好多相机，这些相机和在地面上我们使用的相机，工作时会有什么不一样的地方？

焦维新：相机的原理都是一样的，比如可见光相机的话，一个是在下落过程中看，一个是不同高度上月球表面的形态，另外可能也在为寻找着陆点做准备，其他的像红外相机，它是可以辨别出不同的矿物成分的。

问：月球的一个昼夜相当于地球的14个昼夜，白天最高温达到150摄氏度，夜晚最低则达到－170摄氏度。14天不见太阳，就不能发电，不能发电就不能供热，就要接受低温的挑战。如何实现既能防热也能防冷？我们是怎样突破这个难关的？

焦维新：这是温控技术，只要有电就可以调节，这不是难题。所有卫星都有温控技术，只是在实际运用的时候跟执行的结果是不是一致，这个对技术是个考验。

美国原来有一次发射火星探测器，一个工作人员犯了一个低级错误，他把公制跟英制弄混了，所以火星探测器一往下落，英制的话就太接近火星，最后和大气层剧烈摩擦就烧毁了。

问：比如在月球这种温差特别大的条件下，相机会如何工作呢？

焦维新：对，高温时会有一套装置保障红外相机处于低温的那个温度内工作。

问：月球的一昼夜是地球的28天，那它工作三个月，其实在月球上也就是月球的三个昼夜？月球车完成任务后会做什么？

焦维新：对，月球的三个昼夜。任务完成后，要看电源系统是否可以正常工作，这些仪器是否能够正常工作，如果它能正常工作就一直用下去，直到用完为止，我们一般说设计是用那么长时间，这都是保障最低的，实际上一般工作时间都会长。美国的火星车设计寿命是三个月，现在已经工作八年多了。

问：那它的工作内容还有变化吗？

焦维新：没有变化。

问：嫦娥四号的任务会是什么？

焦维新：四号工作和三号一样，发展顺利的话，可能会在2015年。只是着陆点会不一样。重复进行落的这个过程的考验，因为月球那么大，到一个点看看还不行，还得到别的地方再试。

问：这次可以为今后的深空探测，比如探测火星，会有哪些技术上的基础？

焦维新：都要有一套测控系统，火星也得搞测控系统。都是一样的原理，只是距离更远一点。

问：在月球上，如何唤醒月球车？

焦维新：这个很简单，发一个指令，或者程序上就设置一个计时，这些都很简单的了，都很清楚，国际空间站上包括都，放心睡吧，到时候该有一个叫醒的音乐一醒，这都很简单，小儿科的东西了。

问：其他国家也有探月计划，根据您的研究，都是一个什么样的状况呢？

焦维新：各个国家目的不一样。后来探月的国家基本都走这条路，第一步变成一个环绕月球的卫星，然后下一步都是着陆探测或者慢慢探测，像日本、印度也基本按照这个步伐走的，从技术的角度，也是由易到难的一个过程。

最后就是载人登月，然后再建立月球基地。

问：登陆月球涉及到日后的返回，我们知道这次的月球车是不返回的，那么返回技术预计什么时候会进入嫦娥计划实际操作，目前需要攻克的技术难关是什么。

焦维新：那是我们第三期工程要实现的目标，估计要在2017年左右。“绕”、“落”、“回”，每一步都是为下一步打下基础。回的话，一是月球车自动取样，然后把样品放在容器里面关好密封，然后起飞，跟环绕月球卫星对接，深空对接。月球距离我们38万公里，现在我们神舟飞船跟天宫一号对接才300多公里高，而且还需要很多地面测控站，还要有卫星保驾护航，对接不上就回不来，所以又需要大的火箭，这些导航、定位技术都得上一个新的台阶。

文/张伟娜