嫦娥工程


嫦娥一号模拟图

嫦娥工程

工程概述
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。

月球探测工程主要科学目标：
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。
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。

有效载荷
探月一号卫星安装了五种科学探测有效载荷设备．包括CCD立体相机和干涉成像光谱仪；激光高度计；微波探测仪；γ/X射线谱仪和空间环境探测系统．为了采集、存储、处理、和传输有效载荷的科学数据，还专门设计了一套有效载荷数据管理系统。
CCD立体相机和激光高度计共同完成第一个科学目标，即获取月球表面三维立体影像；干涉成像光谱仪和γ/X射线谱仪完成第二个科学目标，即分析月球表面有用元素及物质类型的含量和分布；微波探测仪完成第三个科学目标，即测量月壤厚度和评估氦-３资源量；空间环境探测完成第四个科学目标，即地-月空间环境探测．

立体相机和干涉成像光谱仪
立体相机由光学系统、支撑光学系统的结构件、CCD平面阵列以及相应的信号处理子系统组成。卫星飞行时，三个平行的CCD线阵可以获取月球表面同一目标星下点、前视、后视三幅二维原始数据图像，经三维重构后，再现月表三维立体影像。
干涉成像光谱仪用以获取月球表面多光谱图像。它包括三个主要的光学子系统：Sagnac干涉计、傅立叶变换透镜和柱形透镜。

激光高度计系统
激光高度计系统用于测量卫星到月表星下点间的距离，激光高度计系统由激光发射器及接收器两大部份组成，其中的激光发射器用于发射激光脉冲到月球表面，接收器用于接收被后向散射的激光脉冲，激光脉冲的往返时间给出了卫星到月表的距离信息。

γ/X射线谱仪
γ/X射线谱仪用以测量月球表面元素的种类和丰度。
月球表面物质的原子或原子核受到宇宙线粒子的轰击而激发，会产生特征的X射线和γ射线；一些天然放射性元素可以自己发射核γ射线，不同的元素可释放不同能量的特征γ谱线。通过γ射线谱仪测量这些特征γ谱线的能量和通量，科学家可以推导出月表元素的种类和丰富程度。
作为月面成份研究，γ射线谱仪和X射线谱仪的测量结果可以很好地互相补充。

微波探测仪
微波探测仪是嫦娥一号卫星有效载荷之一，设计成多频段微波辐射计。微波探测仪的科学目标是利用微波信号对月球表面物质的穿透传播特性，从表征月球物质微波辐射的亮温数据中，获取月球月壤的厚度信息；获得月球黑夜的微波遥感信息和获得月球两极的微波遥感信息。利用微波辐射计对月球探测在国际上尚属首次。月球微波遥感信息的获取和月壤信息的反演将大大丰富人类对月球的认识。

空间环境探测系统
空间环境探测系统包括太阳高能粒子探测器和两台太阳风离子探测器。太阳高能粒子探测器用以分析地月空间和绕月空间环境的质子、电子和重离子。 高能离子探测器包括传感器和信号处理子系统。 两台太阳风离子探测器用以分析地--月和月球空间环境的太阳风中的低能离子。 太阳风离子探测器的传感器由准直器、静电分析器和微通道板组成。

载荷数据管理系统（PDMS）
有效载荷数据管理系统(PDMS)是一个基于1553B总线的分布式系统，系统由总线控制器（BC）、大容量存储器（SSR）、高速复接器（HRM）、远置终端（RT）及载荷配电器（PPD）组成。大多数有效载荷通过1553B总线实现与PDMS间的通讯，激光高度计和空间环境监测系统则被连接到了RT上。载荷的科学数据和工程参数可由PDMS通过1553B总线获取并存储到SSR中。当卫星在地面站可接收范围内时，所存储的数据及实时数据将由HRM根据CCSDS 标准组装为编码的虚拟信道数据单元（CVCDU）串行序列，然后下行到地面。PDMS是一个灵活、高效的系统，如果任务中某个载荷停止了探测，则其它载荷可分享其存储及传输资源。