新的登月热潮是怎么来的？
月球探测促进了月球科学特别是月球地质学的发展。人类第一次对我们居住的地球以外的天体有了系统的了解，包括物理特征、轨道参数、空间环境、表面结构和状态、矿物岩石和化学成分、内部物质成分等等。
月球探测还催生了一些新的学科，如比较行星学。大量的探测数据和样本分析结果，使得对地球和月球进行细致的对比研究成为可能，并将其扩展到对其他星球有限探测数据的对比研究，极大地加深了人类对其他类地行星的认识。同时，由于在地球上研究地球必然会导致“近视”，需要研究其他星球，比较它们的异同，才能全面了解我们所居住的星球，所以月球探测的科学研究也促进了地球科学的发展。
21世纪，探月将进入新的高潮。在此期间，除了发射月球探测器进一步探索月球，开发利用月球资源、建立月球基地将成为新一轮探月热潮的重要目标。
美国:重返月球计划在20世纪90年代，美国发射了两个月球探测器，克莱曼婷和月球探测器。
克莱曼婷探测器1994 65438+10月25日，“克莱曼婷”月球探测器由大力神火箭从范登堡空军基地发射升空，21年2月25日进入月球轨道。探头重424公斤，三轴稳定。它配备了紫外/可见光相机、近红外相机、高分辨率相机和激光雷达。其主要目标是确定美国国防部下一代健康所需的光成像遥感器和组件技术。它获得的654.38+80万张张越图像证明月球极地可能有水。
月球探勘者1998 65438+10月7日，月球探勘者由雅典娜2号火箭从卡纳维拉尔角46号站发射升空。这是继阿波罗计划之后，美国发射的第二颗绕月探测器。它使用自旋稳定模式，质量为295公斤，轨道高度为65，438+000公里。它的主要载荷是γ射线探测器、α粒子探测器、磁场仪和多普勒重力仪。该项目将耗资5900万美元。它的主要任务是测量月球环形山寒冷和极地地区的冰含量，为将来建立月球基地获取信息。它还将完成月球表面化学成分的确定和月球全球磁场和重力场的测绘。“月球探测器”发回的数据比“克莱曼婷”号详细得多，对了解月球的起源和整体结构有很大的参考价值。
2004年6月6日+10月6日+4月6日，美国总统布希在美国国家航空航天局总部发表演说，宣布新的太空计划，其中重返月球是最重要的任务。美国宇航员最早将于2015年、最晚不晚于2020年重返月球，并将在月球建立永久基地，以月球为跳板，为把人送上火星甚至更遥远的星球做准备。为了实施这一宏伟计划，美国将投资2000多亿美元，研制新型运载火箭、载人飞船和月球工作舱。
具体来说，前总统布什的太空计划包括完成空间站建设、停飞航天飞机、宇航员重返月球、人类登陆火星。这个太空计划雄心勃勃，就像布什自己说的:“我不知道这次旅行会在哪里结束。”
长期以来，美国航天界一直在争论美国载人航天的下一个目标是登陆火星还是重返月球。虽然美国很多人对火星情有独钟，但是去火星有很大的技术和资金困难。显然，在月球上建立太空基地要比登陆火星容易得多。首先，月球和地球的距离很近。事实证明，利用现有的火箭技术，可以把人和货物送上月球，月球和地球之间的通信没有问题。其次，月球没有火星上的那种沙尘暴，更容易在月球表面着陆。当然，月球上丰富的资源也很吸引人。
为了实现重返月球的目标，美国必须重新设计登陆月球的太空运输系统。1969 ~ 1972年，美国在登月任务中使用的阿波罗飞船系统，只设计了一次着陆和短暂停留。指令舱只能容纳三个人，而月球着陆器只能容纳两个人。因此，美国必须设计被布什称为“乘员探索飞行器”的新一代航天器。这种航天器可以向月球运送一批宇航员和大量物资设备。显然，它将不同于最初的阿波罗飞船和美国现有的航天飞机。另一个技术问题是能源。要在月球上建立太空基地，就要建太阳能电站或者核反应堆。如果美国计划在2030年后将宇航员送上火星，似乎有必要开发使用新能源的火箭，如核动力火箭，以缩短宇航员的飞行时间。
在通过水星飞船和双子座飞船掌握了载人航天的基本技术后，美国在1961 ~ 1972年花费240亿美元研制了土星系列运载火箭和阿波罗飞船，完成了6次登月任务，将65438+。然而，由于缺乏应用目标，这一耗资巨大的计划无法继续，美国不得不转向开发近地空间，发展航天飞机和空间站。这样，“土星”系列火箭(“土星5”的低轨道运载能力为126吨)和登月计划中发展的相对成熟的航天器技术至今没有进一步应用。在发展航天飞机和国际空间站的过程中，尽管美国在技术上取得了许多重大突破，在空间科学实验方面取得了大量成果，但许多人认为其成本远远大于其科学目的和实际用途。2003年2月1日，美国“哥伦比亚”号航天飞机失事遇难，再次引起了关于国际空间站的广泛争议。在这种背景下，布什的新航天计划既能激发民族自豪感，又能修正美国航天的发展方向。
2005年9月19日，美国正式公布了新的登月计划，耗资104亿美元，将使用新一代航天飞行器，包括新型运载火箭、类阿波罗飞船和着陆器。如果一切顺利，美国宇航员将于2018年(最晚2020年)再次登陆月球。
新的载人飞船将结合航天飞机和阿波罗登月工程中安全可靠的设计和技术，性能更好。新型运载火箭将使用航天飞机的主要部件，如外部燃料箱、固体燃料助推火箭和主发动机，并分为较小的载人火箭和较大的货运火箭两种类型，其中货运火箭靠近109米高的土星5号运载火箭，用于将货物运送到月球表面并作为储备保存。宇航员的宇宙飞船被命名为“载人探索飞船”，将被放置在运载火箭的顶部。它看起来像放大的阿波罗，但它的质量增加了65，438+0/2，可以搭载6名宇航员，在月球轨道上运行6个月，并将4名宇航员送上月球并在那里停留4到7天。
俄罗斯注重国际合作20世纪60年代，美国和苏联这两个航天大国之间的登月竞赛给俄罗斯人留下了失败的痛苦记忆。
1958年，前苏联完成了发射人造地球卫星的火箭的改造，使其能够发射月球探测器。当时有科学家建议把一颗原子弹送上月球，在月球上引爆，让全世界的天文学家拍下爆炸的照片，以显示前苏联的技术实力。但物理学家认为，由于月球上没有大气层，核爆的时间可能很短，地面的天文学家很难拍摄到爆炸的场景。因此，前苏联当局拒绝了这一建议。后来，前苏联政府将目光转向了载人登月，从此开始了与美国长达10年的竞赛。
和美国一样，前苏联的登月任务也是打算用大型运载火箭和轨道综合体来完成。登月的运载火箭代号为“N1”。1964年，前苏联政府决定在美国之前率先将宇航员送上月球。为了完成这一任务，从1962到1966，对“N1”方案进行了多次修改，有效载荷质量从最初的50吨增加到近98吨，一级发动机数量也从26个增加到30个。为了赶进度，这些发动机都是在首次发射前组装发射，导致了重大发射事故。由于技术问题和复杂的设计，“N1”火箭在随后的几次发射中也以惨败告终，导致前苏联登月计划破产。后来俄罗斯航天专家总结经验说:“这是一场不公平的竞争。当时的美国比我们富裕得多，尤其是在苏联国力被与德国法西斯的战争和军备竞赛大大削弱的情况下。从登月竞赛一开始，我们就知道我们赢不了。”
现在，在新一轮的月球开发热潮中，俄罗斯人开始以低调务实的态度研究月球，发挥所长，重点发展月球车和人类长期太空航行的生命保障系统研究，积极寻求各项航天事业的国际合作。
除了准备参与印度的探月计划，俄罗斯与欧洲航天局在太空开发和商业卫星发射领域的合作已经进入重要阶段。通过俄罗斯独特的航天技术与欧洲航天局的技术和资金相结合，全新的六座飞船“克利伯”有可能在2010年前取代“联盟”号载人飞船。新的航天器可以将人和货物送到轨道站，必要时可以将宇航员和设备紧急撤回地球。可用于长达10昼夜的自动在轨飞行，也可用于科研目的。此外，俄罗斯加强了与德国的合作，研究宇航员如何防止太空辐射，这是当代航天工业中最复杂和最紧迫的任务。
俄罗斯在载人航天方面经验丰富，因此也有可能参与美国的新太空计划，包括火星探险者的培训。
俄罗斯的探月计划大致可分为三个阶段:第一阶段为2010至2015，利用联盟号系列飞船进行月球探测；第二阶段，2015年至2020年，实现宇航员登月，建立常规的月球运输系统，即用新型宇宙飞船“快船”将氦-3从月球运送到停靠在国际空间站上的太空拖船上，再用这艘可运载25吨货物的太空拖船将氦-3运回地球。第三阶段将是2020年至2025年，届时将在月球上建立永久性基地，开发氦-3能源。
早在1994年，欧洲航天局就提出了重返月球和建立月球基地的详细计划。1994年5月，欧洲航天局召开月球国际研讨会，一致认为人类在机器人、电子和信息技术方面取得的巨大发展，使人类低成本探索和研究月球成为可能。在此基础上，欧洲航天局成立了月球研究指导小组，提出未来应加强月球探测和研究，包括:发射月球极地卫星，研究并获取高分辨率的月球地貌、化学和地质图像；建立了一个月球站和机器人系统，以测量月球岩石的化学和矿物成分，并采集月球样本进行地面研究。2020-2035年，在月球上装载，建立月球基地。
2003年9月27日格林尼治时间23时，欧洲航天局从法属圭亚那库鲁航天发射中心成功发射“智慧1”月球探测器，这是20世纪人类发射的第一颗探月卫星。虽然“智慧1”只是一颗小卫星，其主要目的是通过探月实践检验一系列将用于未来深空探测的高新技术，但它已经拉开了新一轮探月高潮的序幕。
“智慧1”月球探测器的英文名是Smart-1，是技术先进研究小型任务(small missions for advanced research in technology)的缩写，意为研究先进技术的小型航天器。作为欧洲探月的深水炸弹，“智慧1”就像一个飞向月球的精灵。它的形状几乎是立方体，尺寸为1570×150×1040毫米。发射时质量370kg，太阳翼翼展65430。由于总资金较少，“智慧1”采用了大量的模块化、通用化设计，结构紧凑，很多零配件直接从商店购买，是小型化的代表作。它承载的10多项技术试验和科学研究的有效载荷只有19 kg。
“智慧1”携带6种科学仪器，其中3套遥感仪器用于月球探测。它们是多光谱微型相机、高分辨率红外光谱仪和小型X射线光谱仪。
多光谱微型相机的平均分辨率为80米，在月球附近300公里处的分辨率为30米(美国月球探测器的空间分辨率为200米)。通过对极地的高分辨率成像，可以识别阴影区域，进而发现陨石坑内的水冰。此外，微型相机还与地球上的光学地面站合作，进行激光通信实验。
红外光谱仪在0.93 ~ 2.4微米范围内划分了256个光谱带。利用这些数据，可以准确地确定各种矿物的成分。比如可以区分月壤中的辉石和橄榄石，这对了解月壳物质的演化非常重要。这台红外光谱仪是欧空局首次研制和使用的。如果它在月球探测中获得成功，它将进一步用于未来对火星、水星、小行星和彗星的探测。
使用小型X射线光谱仪测量X射线荧光，从而绘制月球表面的元素组成图。利用这些数据，可以精确计算月球地壳的组成，研究南极环形山的结构特征，绘制月球资源分布图。这种小型X射线光谱仪也是未来探索水星和太阳系其他行星的必要仪器。
“智慧1”也是世界上第一个使用太阳能电动火箭作为推进装置进行远距离飞行的航天器。
按照预定计划，“智慧1”整个飞行过程分为发射及早期入轨、地球逃逸、月球捕获、月球观测四个阶段。除了发射化学火箭，其他阶段的飞行，包括早期轨道，都依靠太阳能电动火箭提供推力。这是它最突出的特点和亮点。但由于电火箭产生的推力很小，加速很慢，所以进入最终飞行状态的时间要比化学火箭用的时间长得多。
为“智慧1”提供飞行动力的太阳能电动火箭发动机，严格来说是太阳能等离子发动机。以氙气为工作介质，利用高效的砷化镓太阳能电池板将太阳光能转化为电能，进而产生电磁场。氙原子被电能电离形成等离子体，氙离子流通过电磁场的作用高速喷出，从而为“智慧1”提供推力。这种太阳能电动火箭比常用的化学火箭效率高10倍，而且需要的推进剂也就是工质更少，可以让飞船有更多的空间装载有效载荷。因为它使用取之不尽的太阳能，可以在太空中无重力连续运行数年。它的缺点是推力和加速度很小，需要很长时间才能使飞船达到预定的飞行速度。它的意义在于，如果这次飞行试验成功，这种推进系统将用于未来航程更长的航天器上。
为了掌握太阳等离子体发动机的实际技术性能，在“智慧1”上安装了电推进诊断模块，以监测推进系统的工作状况及其对航天器的影响。同时还携带航天器电位、电子和尘埃实验，监测推进系统对电子通量、电场和航天器电位的影响，研究地月空间带电环境。此外，它还包含地球与遥远航天器之间的激光通信技术、实验航天器的自主导航计算机技术等先进设备。
“智慧1”上试验的太阳等离子体发动机等新技术及其多项探测技术，如果被证明达到了预期效果，将对欧洲乃至世界未来航天技术发展产生深远影响和重要作用。欧洲“智慧1”目标携带的主要科学仪器及其任务仪器主要任务是电推进诊断部件、新技术、推进系统的实验监测及其对航天器的影响、推进系统对电子通量、电场和航天器电势的影响的实验监测新技术、地月空间带电环境的研究、深空X/Ka波段测控试验件新技术、高速飞行的地球与航天器之间的下一代无线电通信技术的实验测试以及X波段深空转发器接收的指令
日本不甘示弱，在1996提出了建设永久月球基地的计划。预计2030年将投入超过260亿美元建设月球基地，包括生活区、氧气和能源生产厂以及一个月球天文台。
日本在1970年发射了第一颗人造卫星，此后很长一段时间，日本都处于国际航天工业的前列。科学卫星天妃绕月飞行成功后，日本航天界的信心大增。1991年，制定了别出心裁的探月计划，包括“月亮A”、“月亮女神”等探测器的研制和发射。从65438年到0994年，日本制定了一个更加雄心勃勃的计划:在2024年投资260多亿美元建造一个6人月球基地，包括居住、氧气和能源生产工厂以及一个月球天文台。
“月球A”由日本宇宙科学研究所开发，重540公斤。计划在上面搭载两个高80 cm，直径16cm的“矛状”钻孔装置。卫星到达月球表面后，这两个钻探装置将插入月球表面，装置上携带的科学仪器将探测到的数据传输到卫星，然后传回地球。
设计一个月球探测器
1990 65438+10月24日，日本宇宙航空研究开发机构用M-3S2-5火箭成功发射了“缪斯A”月球探测器(又称“天妃”探测器)，还搭载了“羽服”循环器。由于星箭分离速度较低，探测器的远地点只有29万公里。“天妃”号探测器* * *绕月飞行10圈，对月球的最近探测距离为16472公里。它在任务结束后于438+09，993年4月65日坠入月球。
卫星“羽毛”重12kg，外形为六面体。它配备了一个4kg的固体发动机用于月球探测，它的太阳能翼可以提供10W的功率。“羽毛”顶部装有转发器和全向天线，用于数据传输和测控。原计划在3月1990，18，也就是“天妃”探测器第一次到达月球附近的时候释放。但由于应答机出现故障，“羽毛”无法释放，探测工作无法进行。
《月亮女神》
2007年9月14日，日本用H-2A火箭成功发射了月球女神探测器，并搭载了中继星和甚长基线干涉星两个子探测器。两个子探测器成功分离。“月亮女神”重3000公斤，设计寿命1年，绕月高度100公里。* * *携带65，438+05探测仪器，如X射线光谱仪、伽马射线光谱仪、多波段成像仪、光谱剖面仪、地形相机、月球雷达探测器、激光高度计、月球磁力仪、带电粒子光谱仪和等离子体分析仪。两个子探测器各重50公斤，负责探测器与地球的通信传输，以及对月球位置和运动的精确测量。
“月亮女神”探月计划是自美国“阿波罗”计划以来规模最大、最复杂的一次。日本科学家希望通过随身携带的仪器，了解月球表面的成分和矿物组成、月球表面的结构、重力场、磁场、月球的高能粒子环境和等离子体区。通过以上研究活动，希望进一步揭开月球起源和演化的秘密。
“月亮女神”探测器计划由日本宇宙开发厅和日本宇宙空间科学研究所共同实施。该计划的主要目标是解决探索太阳系所必需的关键问题，特别是软着陆和数据中继技术。日本称“月亮女神”是日本未来探月计划的第一步，将为日本2024年建立载人月球基地奠定基础。
目前日本在月球机器人方面做得比较好，积累了丰富的技术经验。日本宇宙学研究所和东京大学成功开发了月球鼹鼠探测机器人。其形状为直径10 cm，长20 cm的圆柱体。它像鼹鼠一样，可以钻入月球地下11 m，采集矿物并进行分析，找出月球表面的结构。它有两个装置，即排沙装置和隧道装置。排沙装置有两个旋转的滚筒，可以将挖出的沙子卷得很牢。挖掘装置将活塞推靠在滚动的沙子上，并随着活塞向前推动车身。研究人员的下一个任务是制造月球地面配套设备。设计的地面设备直径20 ~ 30厘米，装有太阳能电池。月球地面设备除了给机器人供电，还负责接收机器人的探测数据，向地球发送信号。
印度:可怕的来世
在俄罗斯的帮助下，印度将于2011至2012年实现“月船2号”登月计划，开展月球表面探测。
印度航天事业从1962起步，经过40多年的发展，如今在世界航天国家中占有重要地位。在探月方面，印度也不甘落后。
2003年底，印度设计制造的以液氢和液氧为燃料的低温火箭发动机在地面试验中成功燃烧了1，000秒，超过了航天飞行所需的最低要求721秒。此次试验的成功使印度成为继美国、俄罗斯、法国、中国和日本之后，世界上第六个有能力自行制造低温火箭发动机的国家。随着印度研制的低温发动机和世界先进的卫星遥感技术的巨大进步，印度实施探月计划的技术已经成熟。
也是在这一年，印度启动了探月计划。代号为“月船”(即“月球初航1”)，计划于2007年发射一颗重1050公斤的绕月卫星，耗资8500万美元。
印度的绕月卫星将由印度的极轨卫星运载火箭发射，最终运行在距离月球100公里的极轨上，对月球表面进行为期两年的探测。主要任务是绘制地形图、分析化学成分和调查矿物分布。
印度科学家现在正在加紧开发32通道光谱仪、低能和高能X射线光谱仪、太阳X射线光谱仪和激光高度计。此外，用于测量极地水冰的合成孔径雷达将由美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制。为了接收月球探测器的信号，印度正在建造一个直径34米的天线。印度卫星TT&C中心的专家认为，25米直径的天线足以满足印度的探月任务，但必须为未来的深空探测任务留有余地。
2004年10月22日至26日，第六届月球探测与应用国际会议在印度召开。印度不仅用自己的探月计划吸引了世界的目光，也用辉煌的航天成就向世界证明，印度正在成为具有全球影响力的航天大国。
2008年7月29日，美国国家航空航天局在华府总部宣布，美国已与印、韩、日、加、英、法、德、意签署合作协议，共同开展探月活动。