登月

航天行为

登月

登月,即登陆月球(英文:moon landing;lunar landing),是指人类控制无人太空载具抵达月球表面或直接驾驶太空载具登陆月球的探测活动[0]。月球作为离地球最近的天体,从古至今人们不断幻想登上月球,20世纪60年代,美国和苏联开展太空竞赛,1959年1月2日,“月球2号”在苏联拜科努尔发射场顺利升空,成为人类历史上第一个成功摆脱地球引力的航天器,依照预定轨道掠过月球,成为人造卫星绕太阳公转[1]。1961年5月25日,美国总统肯尼迪在国会上提出在20世纪60年代末将人类送上月球的“阿波罗月球探测计划”[2]。1969年7月16日,美国土星5号运载火箭载着“阿波罗11号”宇宙飞船从美国佛罗里达州梅里特岛肯尼迪航天中心起飞,7月21日阿姆斯特朗踏上月球表面,实现人类首次登月[1]。1972年2月21日,美国“月球20号”自助探测器在月球丰富海和危海间的大陆区域登陆,并带回了月壤样本[3]。

登月,即登陆月球(英文:moon landing;lunar landing),是指人类控制无人太空载具抵达月球表面或直接驾驶太空载具登陆月球的探测活动[1]

月球作为离地球最近的天体,从古至今人们不断幻想登上月球,20世纪60年代,美国苏联开展太空竞赛,1959年1月2日,“月球2号”在苏联拜科努尔发射场顺利升空,成为人类历史上第一个成功摆脱地球引力的航天器,依照预定轨道掠过月球,成为人造卫星太阳公转[2]。1961年5月25日,美国总统肯尼迪在国会上提出在20世纪60年代末将人类送上月球的“阿波罗月球探测计划”[3]。1969年7月16日,美国土星5号运载火箭载着“阿波罗11号”宇宙飞船从美国佛罗里达州梅里特岛肯尼迪航天中心起飞,7月21日阿姆斯特朗踏上月球表面,实现人类首次登月[2]。1972年2月21日,美国“月球20号”自助探测器在月球丰富海和危海间的大陆区域登陆,并带回了月壤样本[4]

2007年10月24日,搭载着中国首颗探月卫星嫦娥一号的长征三号甲运载火箭在西昌卫星发射中心三号塔架点火发射,完成绕月飞行和科学探测后准确飞向月球预定撞击点[5]。2018年12月8日,中国长征三号乙运载火箭搭载嫦娥四号探测器从西昌卫星发射中心发射升空,于2019年1月3日成功着陆于月球背面南极,实现人类探测器首次月背软着陆[6]

1969年“阿波罗11号”成功登月,实现了人类历史上宇航员首次登月的壮举,美国宇航员阿姆斯特朗认为在月球上行走是个人的一小步,却是全人类的巨大飞跃,具有伟大的历史意义[7],半个世纪以来,有前后12名宇航员在月球表面留下印记,丰富了人类对于月球的认识[8]。进入21世纪,中国的航天技术不断发展,2018年12月8日发射的“嫦娥四号”成为人类历史上第一个在月球背面着陆与巡视勘察的探测器,为研究月球起源及其开发利用起到科学指导作用[9]。登月是20世纪至以来世界各国综合国力尤其是科技力量的较量、合作,它帮助人们认识月球、认识宇宙,刺激了相关军工科技的发展,但也因“劳民伤财”引发了争议[10]

登月幻想

月球是离地球最近的天体,从古至今人们一直幻想能够登上月球,1993年在湖北王家台出的战国时期秦国竹简《归藏》篇里记载了嫦娥服用西王母不死药而登月的故事,被认为是人类最古老的登月幻想[11]古罗马讽刺作家卢奇安在其小说《真实的故事》里讲述了地球人意外登上月球,见到月球人和太阳人的故事[12]。1609年,德国天文学家开普勒出版了《梦游月球》一书,书中准确介绍在地球上看月球的情况[13]。1866年,法国作家儒勒▪凡尔纳出版《从地球到月球》,描写了美国人如何利用飞船将人送上月球[14],四年后该小说的续篇《环绕月球》叙述了三名宇航员从起飞、飞行以及到达月球的全过程,书中所述发射地点与一百年后美国的发射地点仅相距240米[15],是人类第一部“非纯幻想”探索太空旅行的书。1929年,德国火箭专家赫尔曼·奥伯特发表论文《太空旅行之道》,激励了许多科学家和工程师进行火箭研制,登月不再是虚幻的想象[16]

图为从地球到月球电视剧海报
图为从地球到月球电视剧海报

太空竞赛

第二次世界大战后,美国的政治、经济与军事地位得到提升,成为世界强国,苏联也在此时崛起,两个超级强国开始争夺霸主地位,二战时的反法西斯盟友关系破裂,为避免第三次世界大战,美苏之间进入冷战状态。[17]美苏最初的对抗表现在军事实力上[18][19]。美苏先后掌握核武器之后,太空因其潜在的巨大收益而一度成为美苏对抗的主战场,二战结束时,美苏两国进入德国秘密研制导弹的基地佩内明德美国俘获了以布劳恩为首的一批德国火箭专家和V-2导弹及其元部件300枚,苏联也获得了一批技术人员和技术资料,为美苏的太空竞赛提供了技术支持[20]。1953年,艾森豪威尔当选美国总统,美国开始加速大型液体火箭的研发工作,1955年7月29日,美国总统艾森豪威尔公开宣布将于1957年7月-1958年12月的国际地球物理年[注1]发射人造卫星的“先锋计划”[22],1956年1月30日苏联部长会议颁布法令,要求苏联也要为国际地球物理年制造一颗人造卫星,自此拉开了太空竞赛的序幕[23]

1957年10月4日,苏联用R-7运载火箭将第一个人造地球卫星“斯普特尼可1号”送上太空,赢得了太空竞赛的初步胜利。1958年1月31日,美国紧随其后,将小型卫星“探索者1号”送上太空[16],同年7月29日召开的美国第85届国会第二次会议上,通过了国家航空与宇航法案,美国国家航天航空局(NASA)成立[24],并在10月宣布“水星计划”,进行载人航天研究[25]。1959年9月14日,苏联在拜科努尔航天发射场发射了“月球2号探测器撞击月球,是人类历史上首个到达月球的探测器,苏联国家领导人赫鲁晓夫在戴维营[注2]艾森豪威尔会面时称,“月球2号”已将苏联的勋章挂在了月球上,并将一枚苏联勋章送给艾森豪威尔[27]。1961年4月12日,苏联宇航员尤里•加加林乘坐“东方1号”发射成功,23天后,美国宇航员阿伦•谢泼德乘坐“自由7号”进入地球亚轨道,美苏之间的太空竞赛开始进入白热化阶段[28]

图为乘坐“东方1号”载人飞船的宇航员加加林
图为乘坐“东方1号”载人飞船的宇航员加加林

1960年,美国宣布了“徘徊者计划“,共发射9个探测器来拍摄月球表面的状况,1961年5月25日,肯尼迪在美国国会发表了《致国会关于政府职能的特别国情咨文》,首次提出关于载人登月的“阿波罗计划”,太空竞赛进入高潮阶段[29]。1962年,美国将“水星6号”送入太空,宇航员约翰•格伦环绕地球4小时55分钟后安全返回。1963年6月16日,苏联“东方6号”载人飞船进入太空,次年美国的“徘徊者7号”拍摄到了月球表面[30]。1964年,苏联公开支持载人登月计划,并于次年发射了6枚月球探测器,1965年3月18日,苏联宇航员阿列克谢•阿尔希波维奇•列昂诺夫搭载“上升2号”进入太空,并进行了世界上首次太空出舱行走。1969年7月16日,美国阿波罗11号”发射升空,宇航员阿姆斯特朗在月表行走,太空竞赛达到顶峰[31]

图为“徘徊者7号”与其所传回的图像
图为“徘徊者7号”与其所传回的图像

“阿波罗11号”登上月球后,美国扭转了太空竞赛初期的劣势,此后美苏间的对抗减弱,开始各自的宇航探索,1971年4月19日,苏联的“礼炮1号”由“质子”号运载火箭送入轨道,成为世界上的第一座空间站[32],1973年5月,美国发射入轨“天空实验室”空间站[33]。1975年7月17日,苏联“联盟19号”与美国“阿波罗18号”在太空进行了人类历史上首次空间对接,成为美苏两国在太空领域的首次合作,也标志着美苏之间太空竞赛的结束[34]

硬着陆月球

美苏太空竞赛期间,月球作为地球的天然卫星也被纳入探索范围,1959年9月12日,苏联在拜科努尔航天发射场发射了“月球2号”无人月球探测器,是世界上第一个在月球表面硬着陆[注3]的航天器。“月球2号”质量为361千克,携带了磁强计、离子腔和微流星体探测装置,于1959年9月14日撞击在月球表面雨海的东部,在撞击月面损毁之前,它传回了有关月球磁场和辐射带的相关资料,资料表明月球几乎没有磁场,也没有由高能带电粒子构成的辐射带[36]

图为“月球2号”探测器
图为“月球2号”探测器

“月球2号”成功撞击月球后,美国将“阿波罗”计划提上日程,1964年7月28日,美国“徘徊者7号”搭载“宇宙神-阿金纳B”运载火箭在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射,“徘徊者7号”质量为365.7千克,装有多台摄像机,在1964年7月31日硬着陆月球前传回了4000余张图片,坠毁前的图片显示了直径不到1米的月球坑以及更小的石块[37]。1965年2月17日,美国“徘徊者8号”探测器搭载“擎天神-爱琴娜”运载火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射,“徘徊者8号”的质量为367千克,于2月20日撞击在月表静海,在坠落之前发回了7137张图像[38]。同年3月21日,美国再次发射了徘徊者9号,探测器质量为367千克,在24日坠落在月球阿方索环形山之前发回5814张图片,“徘徊者”系列探测器的硬着陆帮助科学家们为月球局部编绘了几幅像片镶嵌图和地图[39]

尽管美国在之前的“阿波罗计划”中已经有宇航员成功登月,但登陆点都在月球赤道附近,没有发现月球水或水冰的存在,在1994年发射的“克莱门汀号”航天器发现月球南极存在水冰的基础上,美国于1998年1月6日在卡纳维拉尔角空军基地发射“月球勘探者号”月球探测器,1月3日,“月球勘探者号”在距月面100千米上空考察,进一步证实了月球南北两极存在冰湖的可能性。1999年7月31日,“月球勘探者号”进行了自杀式撞击月球南极的实验[40]

1975年成立的欧洲航天局(ESA)于2003年9月27日发射了搭载“SMART-1”月球探测器的“阿丽亚娜5”运载火箭,“SMART-1”于2004年11月15日进入月球轨道,主要任务是获得月球表面地形地貌图和矿物分布图以及探寻月球的起源和水源[41]。经过将近两年的探测,“SMART-1”传回了2万多张清晰的月球表面图像,第一次发现月球北极附近存在一个”日不落“区域,通过传回的信息,欧洲航天局绘制出了详细的月球元素和矿物分布图以及月球表面整体外形图。2006年9月3日,“SMART-1”硬着陆于月球表面[42]

图为“SMART-1”拍摄的月球北极
图为“SMART-1”拍摄的月球北极

中国于2007年10月24日在西昌卫星发射中心三号塔架发射“长征三号运载火箭,火箭搭载着中国首颗探月卫星“嫦娥一号[5]。“嫦娥一号”卫星总重量为2350千克左右,预设寿命为1年,卫星上搭载了8种24台科学探测器,并专门设计了一套有效载荷数据管理系统,用以采集、存储、处理和传输有效载荷的科学数据。“嫦娥一号”在经过8次变轨后,于2007年11月7日正式进入周期为127分钟、高度为200千米的极月圆轨道,正式进入科学探测的工作轨道[43]。“嫦娥一号”在完成获取月球表面三维立体影像、分析月球表面有用元素及物质类型的含量和分布、测量月壤厚度和评估氨-3资源量以及地月空间环境探测等探测任务后,于2009年3月1日准确落于月球预定撞击点[44]

图为探月卫星“嫦娥一号”
图为探月卫星“嫦娥一号”

2009年6月19日,NASA卡纳维拉尔角空军基地发射了搭载着月球勘测轨道飞行器(LRO)和月球坑观测和传感卫星(LCROSS)的”阿特拉斯5号“,发射后LRO与LCROSS分离,各自继续飞往月球,“LCROSS”包括“半人马座”火箭和“牧羊人”探测器。“半人马座”火箭被作为撞击月球的主撞击航天器,“牧羊人”探测器的主要任务则是探测月球表面永久阴影区内是否有水存在,以及确定撞击坑中的月壤成分[45]。同年10月9日,“半人马座”火箭与LCROSS先后撞击月球南极附近的凯布斯环形山,11月13日,NASA通过探测器传回的撞月数据进行初步分析后确认,月球南极永久阴影带里存在水冰[46]

非载人登月

1966年1月31日,苏联“月球9号”探测器搭载”闪电号“运载火箭从拜科努尔太空发射场点火发射,2月3日,”月球9号“在月球着陆,这是人类历史上第一个成功软着陆到月球表面并传回图像的探测器[47]。“月球9号”着陆点在月球风暴洋[注4]附近,月面坐标为西经60.37度,北纬7.13度,由4个形似花瓣的外壳组成的密闭容器构成,着陆后花瓣外壳会自动张开露出里面的仪器,另外还配有照相机和辐射测量仪,电视摄像系统可以通过旋转和倾斜的方式观察并拍摄月面环境,辐射测量仪则测量到月球30豪拉德的辐射剂量,相当于德国一年辐射剂量的约1.5倍。2月7日,”月球9号“因电力耗尽结束工作,苏联对传回的数据分析并得出结论:月球表面是坚固稳定的,适合人类登陆[48]

图为“月球9号”探测器
图为“月球9号”探测器

苏联“月球9号”成功软着陆3个月后,美国就将月球探测器“勘测者1号”送入太空,1966年5月30日,搭载“勘测者1号”的“阿斯特拉半人马座-D”运载火箭在美国肯尼迪航天中心成功发射,6月2日,“勘测者1号”着陆于月球风暴洋的平坦区域,月球坐标为西经43.23度,南纬2.46度,在着陆时主要采用底部3条腿组成的着陆支架在触月过程中进行缓冲,以此保证着陆器不会翻转,而这种设计方式也被之后的“月球”系列、“阿波罗”系列登陆舱以及中国的“嫦娥”系列所采纳[49]。“勘测者1号”是美国第一个软着陆月球的探测器,主要任务是为后续“阿波罗”系列载人登月探测任务提供必要的技术支持,成功着陆月球后,它向地球送回了超过11000张照片以及有关月壤、雷达反射率和月球温度的信息,直到41天后电力耗尽结束[50][48]

图为“勘测者1号”探测器
图为“勘测者1号”探测器

20世纪60年代美苏间的太空竞赛正处于白热化阶段,因此苏联很快又将“月球13号”自主月球探测器送上月球,1966年12月21日,苏联“闪电号”运载火箭搭载“月球13号”在拜科努尔太空发射场点火发射,3天后,“月球13号”在距离“月球9号”400千米处软着陆,月球坐标为西经62.01度,北纬18.86度,是第3个在月球实现软着陆探测器。“月球13号”上装有探测月球岩石表层的专用设备,并成功使用机械化土壤探测器收集数据传回地面[51]。1967年4月17日,美国勘测者3号”搭载“宇宙神——半人马座火箭”进入太空,3天后,“勘测者3号”着陆于直径45米、深6米的火山口内侧,月球坐标为西经23.34度,南纬2.94度。”勘测者3号“配有长达1.8米的可伸缩手臂,顶端装有一把45厘米长的铁锹,挖掘月壤后用配备的科学装置进行分析得出结论,月球的土壤具有粘着力,既不过于柔软,也不过于坚硬[52],“勘测者3号”在工作了13天后结束运作[53]

1970年11月10日,苏联在拜科努尔航天发射场发射了无人月球探测器“月球17号”,“月球17号”搭载着人类第一辆自动月球车“月球车1号”,7天后在月球雨海区域着陆开始收集月球信息。月球车重756千克,长2.2米,宽1.6米,配有电视摄像系统和核能源装置,考察月球区域约八千平方米月面地域,拍摄了两万余张月球照片,考察期长达十个半月,直到1971年10月4日能量耗尽停止工作[54]。1973年1月8日,苏联又发射了“月球21号”探测器,探测器内配有“月球车2号”,于1月15日在月球澄海东端的勒蒙尼耶撞击坑着陆,着陆后“月球车2号“开始探索月球表面区域,在月面行驶超过37千米,于1973年6月3日结束工作[55]

在美苏纷纷实现非载人探测器月球软着陆后,又分别将重点放在了载人登月和无人探测器月球样本取回上,中国则成为继苏联美国之后第三个实现月球软着陆的国家。2013年12月2日,中国“长征三号乙运载火箭搭载“嫦娥三号”从西昌卫星发射中心飞向月球,在12月6日进入月球轨道,4天后实现降轨,于12月14日21时11分在月球正面虹湾[注5]以东地区完成中国首次月面软着陆[56]。“嫦娥三号”由着陆器和巡视探测器——“玉兔号”月球车组成,月球车设计月面寿命为3个月,携带望远镜进行短距运行和天文观测,为建立实际天文台做准备。15日4时35分,“嫦娥三号”着陆器与月球车分离,“玉兔号”顺利行驶到月球表面,23时45分,着陆器与月球车完成互拍成像,“嫦娥三号”开始按照计划收集月球信息[57]。2014年1月25日,“嫦娥三号”月球车进入月夜休眠,休眠前受月球因素影响,月球车的机构控制出现异常,2014年2月12日下午,月球车受光照成功自主唤醒开始工作,22号午后,月球车进入休眠,次日凌晨,“嫦娥三号”着陆器进入月夜休眠[58]

图为“嫦娥三号”着陆器拍摄的“玉兔号”月球车
图为“嫦娥三号”着陆器拍摄的“玉兔号”月球车

中国先后实现月球硬着陆和软着陆之后,于2018年12月8日在西昌卫星发射中心成功发射搭载着“嫦娥四号”探测器的“长征三号乙”运载火箭,12月12日,“嫦娥四号”进入近月点约100公里的环月轨道[59]。“嫦娥四号”是“嫦娥“系列的第四颗人造绕月探月卫星,同”嫦娥三号“一样,”嫦娥四号“也配有巡视器“玉兔二号月球车,2019年1月3日,“嫦娥四号”成功在月球背面软着陆,着陆地点位于月球东经177.6度、南纬45.5度附近的南极艾肯盆地[注6]内的冯•卡门撞击坑,这是人类探测器首次在月球背面软着陆。着陆后“嫦娥四号”着陆器与月球车分别在月球表面开始进行探测,1月11日8时,“嫦娥四号”着陆器完成月球地形地貌环拍,11日16时47分,着陆器与月球车完成互拍,“嫦娥四号”实现人类探测器首次月球背面巡视勘察[60]。除此之外,“嫦娥四号”通过2018年5月发射上来的“嫦娥四号”中继星“鹊桥[注7]传回近距离拍摄的月背影像图,首次实现月背与地球的中继通信[62]

图为“玉兔二号”月球车全景相机拍摄的“嫦娥四号着陆器
图为“玉兔二号”月球车全景相机拍摄的“嫦娥四号着陆器

美东时间2024年2月22日,美国“直觉机器”公司研发的月球着陆器“奥德修斯”在月球着陆,时隔50多年美国航天器首次登月。[63]

载人登月

20世纪60年代,苏联和美国已经有了载人航天的经验,在苏联率先将宇航员加加林送上太空后,美国启动了载人登月计划,预备抢先将宇航员送上月球,从1969年起,美国先后6次将宇航员送上月球[64]。1969年7月16日,“阿波罗11号”飞船搭载“土星5号”火箭从美国肯尼迪航天中心发射执行登月任务,飞船由指挥舱、服务舱和登月舱三部分构成,舱内成员包括飞船指令长阿姆斯特朗(Neil Armstrong)、指令仓驾驶员迈克尔•科林斯(Michael Collins)以及登月舱驾驶员巴兹•奥尔德林(Buzz Aldrin)。7月20日,“鹰号”登月舱和“哥伦比亚号”指令舱分离,阿姆斯特朗和奥尔德林操纵登月舱在月球静海西南部实现软着陆,月球坐标为东经23.49度,北纬0.67度,科林斯则驾驶指令舱继续围绕月球飞行。世界时间1969年7月21日2时56分,阿姆斯特朗走下登月舱,成为人类历史上首个登上月球的人,奥尔德林随后出舱,两人采集了土壤和岩石样本,安装月震仪和测量地月距离的激光反射器收集月球信息。阿姆斯特朗奥尔德林在月球上停留了2个半小时后回到登月舱,点燃了登月舱上携带的小型火箭,从月球起飞与科林斯所驾驶的指令舱汇合,于7月24号平安降落在中部太平洋,完成人类历史上首次载人登月[65]

图为“阿波罗11号”宇航员,左起分别是阿姆斯特朗、科林斯、奥尔德林
图为“阿波罗11号”宇航员,左起分别是阿姆斯特朗、科林斯、奥尔德林

由于“阿波罗11号”的主要任务是完成首次登月,有关科学考察的任务较少,于是美国于1969年11月14日在肯尼迪航天中心发射搭载着“阿波罗12号”的“土星5号”运载火箭,舱内成员有指令长皮特•康拉德(Pete Conrad)、指令舱驾驶员理查德•戈尔登(Richard Gordon)以及登月舱驾驶员艾伦•宾(Alan Bean),“阿波罗12号”起飞半分钟后,两道闪电击中了“土星5号”,但飞船依旧按照原本的计划运行。11月19日世界时间6时54分,康拉登与宾驾驶登月舱在月球风暴洋东部地区着陆,月球坐标西经23.34度,南纬2.90度,距美国1967年发射的“勘测者3号”着陆点200米。登月舱着陆后,康拉德与宾来到月表收集月球标本并架设伞形天线,安放电视摄像机,月面活动将近4小时。11月20日,康拉德与宾进行第二次月面活动,放置专业科学仪器后来到“勘测者3号”附近考察并拍摄了大量照片,之后将“勘测者3号”上的摄像机以及部分零件带回,同天登月舱成功对接指令舱,并于11月24日溅落南太平洋结束任务[66]

图为”阿波罗12号“宇航员艾伦•宾用取样器提取月表粉尘样本
图为”阿波罗12号“宇航员艾伦•宾用取样器提取月表粉尘样本

由于1970年发射的“阿波罗13号”登月失败,加之登月成本过高,因此美国内部就是否应该继续载人登月发生分歧,直到1971年1月31日,“阿波罗计划”恢复,美国在肯尼迪航天发射场发射了搭载着“阿波罗14号”的“土星5号”火箭,舱内宇航员有指令长艾伦•谢泼德(Alan Shepard)、指令舱驾驶员斯图尔特•罗萨(Stuart Roosa)以及登月舱驾驶员艾德加•米切尔(Edgar Mitchell),2月5日,登月舱着陆与弗拉—毛罗坑以北地区,月球坐标为西经17.27度, 南纬3.40度[67]。谢泼德与米切尔携带了用于采样的月球人力车,并在月球上打高尔夫球,留在指令舱的驾驶员罗萨则在绕月飞行的过程中拍摄月球,而他所携带的种子很多在回到地球时已经发芽[68]。阿波罗12号和阿波罗14号带回了大量关于月球的信息,这些信息使得“阿波罗计划”得以继续推进[69]

图为”阿波罗14号“宇航员谢泼德站在月球人力车前
图为”阿波罗14号“宇航员谢泼德站在月球人力车前

在“阿波罗”飞船的最后三次飞行中,宇航员在月球表面停留的时间比起之前有所增加,除此之外,飞船还配有用电力驱动的四轮车“月球漫游者”,宇航员可以凭借“月球漫游者”探索更多的月球表面区域。1971年7月26日,“阿波罗15号”发射,载有指令长大卫•斯科特(David Scott)、指令舱驾驶员阿尔弗莱德•沃尔登(Alfred Worden)、登月舱驾驶员詹姆斯•艾尔文(James Irwin),7月30日,斯科特与艾尔文在月表哈德利月溪[注8][69]。7月31日,两名宇航员进行了人类首次月面月球车驾驶,斯科特与艾尔文在着陆区域进行了几次漫游,收集了76公斤月球岩石,在登月舱外的时间总长约为十八个半小时。8月4日,在“阿波罗15号”离开环月轨道前释放用来测量月球引力变化和空间质子及电子流量的小卫星[70]

图为”阿波罗15号“宇航员斯科特在月面驾驶月球车
图为”阿波罗15号“宇航员斯科特在月面驾驶月球车

1972年4月16日,”阿波罗16号“在肯尼迪航天发射场发射,舱内成员包括指令长约翰•杨(John Young)、指令舱驾驶员肯•马丁利(Ken Mattingly)、登月舱驾驶员查尔斯•杜克(Charles Duke)。4月21日,约翰与查尔斯在月球笛卡尔高地着陆,位于“阿波罗11号”着陆点的西南方,他们在走出登月舱之后收集月球岩石,并安装科学仪器[69]。同年12月7日,“阿波罗17号”发射,舱内乘坐指令长尤金•赛尔南(Eugene Cernan)、指令舱驾驶员罗纳德•埃万斯(Ron Evans)、登月舱驾驶员哈里森•施密特(Harrison Schmitt)。“阿波罗17号”于12月11日在月球陶拉斯-利特罗谷地区着陆,位于“阿波罗11号”登陆点的正北方向,随后赛尔南和哈里森登上月球,至此哈里森成为登上地球的第12个人,他们利用“月球漫步车”作了三次漫游,探测了陶拉斯-利特罗山谷地区,拍摄照片并收集岩石,在月球上度过75小时,期间工作了约22小时,12月14日,“阿波罗17号”在月球起飞,正式结束了美国首次载人登月计划[69]

月壤取回

美国“阿波罗计划”先后六次将宇航员送上月球,实现了有人月球取样返回,苏联的“月球计划”则致力于探测器自主带回月球信息,1970年9月12日,苏联拜科努尔航天发射场发射了搭载着“月球16号”探测器的“质子号”运载火箭,9月20日,“月球16号”在月球轨道上飞行了75小时后在月球澄海区域软着陆。“月球16号”由着陆舱和返回舱组成,着陆后不久,“月球16号”探测器上装备的自动钻机在月面钻探35厘米,获得了105克月壤样品,在工作了26小时后,探测器的返回舱于9月24日安全回到苏联,着陆点位于哈萨克斯坦的杰兹卡兹甘镇东南约80公里处[71],首次在不载人航天器上实现了自动挖取月壤样本并送回地球[72]

1972年2月14日,苏联发射“月球20号”采样返回探测器,2月18日,“月球20号”进入月球轨道,并于21日软着陆于月球丰富海东北地区,着陆后钻采月壤50克,于2月25日返回苏联,着陆于哈萨克斯坦境内[73]。1976年8月9日,苏联发射最后一个月球探测器“月球24号”,探测器于8月18日在月球危海区域着陆,探测器上装配的挖掘机从月球2米深处挖取了约170克岩石样本。8月22日,“月球24号”返回舱携带岩石样本降落于西伯利亚地区,至此苏联对月球的无人探测宣告完成[54]

由于登月飞行对资金的消耗过大,因此美国和苏联之后并未继续进行登月计划,进入21世纪,中国成为继美国和苏联之后第三个成功在月球采样返回的国家。2020年11月24日,“长征五号遥”运载火箭搭载“嫦娥五号”探测器在文昌航天发射场发射,经历两次变轨,于11月28日进入环月轨道。“嫦娥五号”由着陆器、上升器、轨道器、返回器4部分组成,12月1日23时11分,“嫦娥五号”着陆器与上升器着陆于月球风暴洋的吕姆克山脉以北地区,月球坐标为西经51.8度,北纬43.1度左右[74]。12月2日,“嫦娥五号”着陆器和上升器合体完成了月球钻取采样及分装,12月3日23时,“嫦娥五号”在经受住超过100摄氏度的月面高温,完成月面采样工作后离开月面返回地球。12月17日1时59分,“嫦娥五号”返回器携带1731克月球土壤样本,在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆,标志着中国首次地外天体采样返回任务完成[75]

图为”嫦娥五号“探测器着陆器和上升器组合体
图为”嫦娥五号“探测器着陆器和上升器组合体

印、日等国的登月

20世纪70年代,各国都笼罩在太空竞赛的氛围里,受到“遏制威慑”的军事战略思想的影响,许多国家开始加强航天技术研究,在成功将人造卫星送上太空后,一些国家将登月计划提上日程[31]。1990年1月24日,日本在内之浦宇宙空间观测所成功发射质量为195千克的“飞天号”探测器,成为继美国苏联之后第三个探测月球的国家。“飞天号”在飞行途中释放了“羽衣号”微型绕月探测器后继续在地月系统的大椭圆轨道上运行,最终在1993年4月10日撞向月球表面,而被释放的”羽衣号“在进入绕月轨道前,晶体管收音机发生了故障,没能向地球发回任何信息[76]。在长达三年的飞行中,“飞天号”探测器先后完成了掠过月球表面、环月飞行以及在月球表面硬着陆等任务,但由于“飞天号”的主要目的是释放微型绕月探测器,为以后的月球探测和行星际探测工程提供数据,检验借助月球引力飞行技术和精确控制引入绕月轨道的技术,因此“飞天号”母体并未携带专门探测月球的科学仪器[77]

图为日本“飞天号”月球探测器
图为日本“飞天号”月球探测器

2007年9月14日,日本种子岛航天中心发射了第二颗月球探测器“月亮女神号(辉夜姬)”,“辉夜姬”重3吨,除主卫星外还有两个小卫星,于同年10月5日进入绕月轨道,并分别在10月8号和10月11号释放两个子卫星。“辉夜姬”携带了高明晰度电视摄影机,传回许多月球地理资料,使用激光测度计探测并绘制了整个月球的地形图[78]。2009年6月11日,“辉夜姬”实现受控撞月,结束为期两年的探测任务[79]

图为日本“月亮女神号”月球探测器
图为日本“月亮女神号”月球探测器

印度近年来在航天计划上同样取得了重大进展,2008年10月22日,印度月球轨道器“月船1号”搭载极轨卫星运载火箭“PSLV-C11”进入太空,11月8日进入月球轨道开始探测。“月船1号”连续运行了约10个月,绕月飞行3400多圈,对月球表面进行了详细的测绘,并创建了月表特征三维地图,其中最主要的发现是探测到存在于月球南极地区的羟基(-OH)和水,并检测到铝、硅、钙和镁,验证了之前月表以下有大量冰沉积的说法[80]。2008年11月14日,“月船1号”携带的撞击探测器装置释放撞击月球,“月船1号”在2009年8月29日失去无线电联系,在轨工作312天后提前结束探测任务[81]

图为“月船1号”月球探测器
图为“月船1号”月球探测器

苏联登月计划

1959年,苏联在发射“月球2号”实现月球硬着陆时,还未制定详细的登月计划,直到1964年8月3日,苏联政府发出《关于探索月球和外层空间有关工作》的决议,才标志着苏联登月计划的出台,决议称苏联将开始进行登月计划,由科罗廖夫[注9]设计局承担载人登月的任务,大力推行N-1火箭,切洛梅[注10]设计局则负责绕月飞行计划,登月与绕月任务同时进行。尽管苏联发布了这项决议,但具体的登月计划仍属于秘密计划,只有政府和工业界高级干部可以知晓,并未刊登于报纸等媒体上,除此之外,决议并未确保项目取得快速发展,1964年到 1966年末,苏联登月计划依旧进展缓慢,在1966年科罗廖夫死后仅实现了探测器硬着陆,并未完成真正意义上的登月[84]。直到美国将“阿波罗11号”送上月球时,苏联载人登月计划仍未成功,1972年,在“月球24号”返回苏联之后,苏联停止了登月计划,将航天中心转向空间站建设[54]

美国阿波罗计划

太空竞赛期间,为应对苏联抢先一步取得载人航天的成功,美国航空航天局(NASA)在20世纪60年代至70年代实施了登月计划“阿波罗计划”,1961年5月25日,肯尼迪在国会上宣称,在10年内将宇航员送上月球并重返地面,“阿波罗计划”正式开始[29]。1961年至1965年间,美国为了解月表情况,发射了9颗“徘徊者”系列无人探测器在月球进行硬着陆,其中“徘徊者4号”和“徘徊者7号”带回了部分月球信息。1966年5月至1968年,美国又发射了8颗”勘测者“系列探测器软着陆于月球,部分探测器成功着陆后传回了有关月球月表环境、土壤等信息。除此之外,美国在1965年至1966年间还实施了“双子星计划”,主要训练宇航员的手动操纵飞行、飞船对接以及舱外活动,为宇航员登陆月球提供技术指导[85]

1967年,“阿波罗1号”在美国卡纳维拉尔角的例行测试中意外失火,指令长维吉尔•格里森、高级驾驶员爱德华•怀特以及驾驶员罗杰•查菲在火灾中不幸身亡[86]。意外发生后,“阿波罗4号”至“阿波罗6号”都是无人测试飞行,直到1968年”阿波罗7号“开始载人环绕地球飞行、环绕月球飞行、完成载人交会对接等人物,1969年,“阿波罗11号”正式开始载人登月,一直进行到1972年“阿波罗17号”发射返回,期间除“阿波罗13号”因途中氧气罐爆炸被迫返回,其余6次都成功登月。在苏联放弃登月计划后,美国因资金问题也停止了对月球的进一步探索,“阿波罗”系列的18、19、20号取消发射,并停飞“土星5号”运载火箭,结束了整个“阿波罗计划[87]

中国嫦娥计划

2004年1月23日,中国首次月球探测工程正式宣布立项实施,2月25日,探月工程在绕月探测工程领导小组第一次会议被正式命名为“嫦娥工程”[88],分为无人探月、载人登月以及长久驻月三个阶段。无人探月阶段主要围绕“绕、落、回”小三步走战略进行,一期工程任务是实现环绕月球探测,主要由”嫦娥一号“完成;二期工程主要任务是实现月面软着陆和自动巡视勘察,主要由”嫦娥二号“、“嫦娥三号”、“嫦娥四号”探测器完成;三期工程的任务则进入到无人采样返回阶段,主要由“嫦娥五号”完成[89]。2020年12月17日,随着“嫦娥五号”回到内蒙古预定区域,第一阶段无人探月结束,中国开始进入载人登月阶段[75]

阿尔忒弥斯计划

“阿尔忒弥斯计划”是美国继“阿波罗计划”后的又一项月球探测计划,计划允许美国宇航局的承包商开采月球矿物并将月球上的水冰转换成火箭燃料,在成功登陆后建造登陆平台[90]。“阿尔忒弥斯计划”总体上分为3步,第一步是“阿尔忒弥斯1号”的无人绕月飞行测试任务,已于2022年11月16日搭载猎户座载人飞船在肯尼迪航天发射场发射成功。当前美国宇航局正在筹备第二步,计划于2024年底用“阿尔忒弥斯-2”进行载人绕月任务,预备在“阿尔忒弥斯2号”上承载4名宇航员,目前宇航员人选已定,正在进行航天训练。第三步计划在2025年底发射“阿尔忒弥斯3号”进行载人登月,实现1972年以来人类再次登上月球[91]

俄罗斯登月计划

2018年,俄罗斯公布了载人登月计划,主要任务包括在国际空间站和月球轨道上进行一系列新技术的测试,尝试组建绕月空间实验室,争取在2035年前后建成月球基地[91]。2022年11月,俄罗斯国家航天集团签署了研发建造“月球26号”和“月球27号”的文件,并预计在2024年开始“月球26号”月球测绘任务,2025年开启“月球27号”月壤研究任务[92]。2023年8月11日,俄罗斯搭载“月球25号”无人月球探测器的“联盟-2.1b运载火箭东方航天发射场升空,是俄罗斯继苏联”月球24号“发射后,时隔47年后发射的首个国产无人月球探测器,主要任务是研究月球软着陆技术,对月球资源进行勘探,并研究月球的内部结构[92]。8月16日,“月球25号”进入月球轨道[93],8月19日,“月球25号”出现异常,莫斯科时间19日14时57分,探测器失联,初步判断与月球表面相撞[94]

图为”月球25号“工作想象图
图为”月球25号“工作想象图

中国登月计划

目前中国已经全面部署展开各项载人登月任务研制建设工作,包括研制新一代载人运载火箭、新一代载人飞船、月面着陆器登月服等飞行产品,除此之外,还计划补充建设发射场以及测控通信着陆等相关地面设备设施等[91]。中国探月工程总设计师吴伟仁在采访中表示,将于2023年全面推进探月工程四期,未来将发射“嫦娥六号”“嫦娥七号”以及“嫦娥八号”,具体规划为,“嫦娥六号”从月球背面采集等多月球样本,争取实现2000克的采集目标;“嫦娥七号”预着陆于月球南极,开展飞跃探测,争取找到水;“嫦娥八号”准备在2028年前后实施发射,同“嫦娥七号”组成月球南极科研站的基本型[95]

登月影响

登月是20世纪以来人类历史上最令人振奋的成就之一,20世纪60年代以来,许多国家不断进行登月尝试,通过探测器和宇航员对月球的探索,丰富了人们对于月球以及宇宙的认识,同时也成为各国间综合国力以及科技实力的体现,推动各国军事科技不断发展[96]

登月作为数十年来全世界科学家与工程师们的目标,推动相关科学技术与工艺不断发展,在实现这一目标的过程中,载人飞船重型运载火箭等航天技术的研究不断取得进展,对登月计划的大量资金投入推动了军事科技的发展,也带动了民用技术的发展[97]。除此之外,人们对月球的认识不在停留于虚幻的想象与猜测,通过一系列的登月工程,人们确认了月球由固体岩石构成,并且与地球同样经历过火山喷发、小天体撞击等地质过程,丰富了对月球的认识[45]

由于登月前期探索阶段投入的资金过多,导致许多人认为继续登月实际上是对人力物力的一种浪费,无论是苏联还是美国都曾出现过关于是否进行载人登月计划的内部矛盾[98],直到现在美国内部关于是否登月依旧有所争议[99],然而随着国际关系的改变与科学技术的进步,未来的登月将会有更多国家合作参与,登月计划中的商业元素占比也会提高,各国将以更低成本的造访月球和建设月球基地为目标[96]

影视作品

影视类型作品名称导演名称
电影月球旅行记(1902)乔治•梅里爱[100]
登陆月球(1950)欧文•皮切尔[101]
最先登上月球的人(1964)纳森•朱兰[102]
2001太空漫游(1968)斯坦利•库布里克[103]
阿波罗13号(1995)朗•霍华德[104]
月球Moon(2009)邓肯•琼斯[105]
登月第一人(2018)达米恩•查泽雷[106]
登月荒言(2019)约瑟普•安吉•诺恩[107]
电视剧从地球到月球(1998)大卫•弗兰科尔[108]
问天(2021)张蠡[109]
纪录片准备登月:阿波罗计划背后的无名英雄(2019)玛利亚•奈特[110]

科幻小说

小说名称作者名称出版单位
从地球到月球儒勒•凡尔纳中国友谊出版公司[111]
环绕月球儒勒•凡尔纳中国青年出版社[112]
出卖月亮的人罗伯特·海因莱因四川科学技术出版社[113]
登月皮尔斯•比索尼机械工业出版社[114]
登月第一人乔治·威尔斯四川文艺出版社[115]
哨岗阿瑟·克拉克文汇出版社[116]

重要登月活动

活动名称国家登月时间性质成就
月球2号苏联1959年9月14日硬着陆第一次探测器撞击月球表面[36]
徘徊者7号美国1964年7月31日硬着陆第一次拍摄到月球表面[37]
徘徊者8号美国1965年2月20日硬着陆拍摄并传回7137张图像[38]
徘徊者9号美国1965年3月24日硬着陆拍摄并传回5814张图像[39]
月球9号苏联1966年2月3日软着陆第一次在月球表面软着陆[47]
勘测者1号美国1966年6月2日软着陆美国第一次在月球表面软着陆[50]
月球13号苏联1966年12月24日软着陆成功使用了机械化土壤探测器[51]
勘测者3号美国1967年4月20日软着陆增加了月球标本的取样设备[37]
阿波罗11号美国1969年7月20日载人登月人类第一次踏上月球[65]
阿波罗12号美国1969年11月19日载人登月第一次精确定点着陆[117]
月球16号苏联1970年9月20日软着陆第一次无人探测器自动返回月球样本[72]
月球17号苏联1970年11月17日软着陆第一次探测器携带月球车登月[54]
阿波罗14号美国1971年2月5日载人登月宇航员第一次携带人力月球车采样[69]
阿波罗15号美国1971年7月30日载人登月宇航员第一次携带载人月面车[70]
月球20号苏联1972年2月21日软着陆自动返回月球样本[73]
阿波罗16号美国1972年4月21日载人登月探索了中部高原[69]
阿波罗17号美国1972年12月11日载人登月在月球停留75小时[69]
月球21号苏联1973年1月15日软着陆探索了波希多尼环形山[55]
月球24号苏联1976年8月18日软着陆从危海带回样本[54]
飞天号日本1993年4月10日硬着陆在弗地区撞月[76]
月球勘探者号美国1999年7月31日硬着陆证明月球南北两极存在冰湖的可能性[40]
SMART-1欧洲空间局2006年9月3日硬着陆受控撞月[79]
月船1号印度2008年11月14日硬着陆验证了月表以下有大量冰沉积的说法[80]
月亮女神号(辉夜姬)日本2009年6月11日硬着陆受控撞月[79]
嫦娥一号中国2009年3月1日硬着陆中国第一次探测器硬着陆月球[118]
月球坑观测和传感卫星(LCROSS)美国2009年10月9日硬着陆找到水存在的证据[46]
嫦娥三号中国2013年12月14日软着陆中国第一次月面软着陆[119]
嫦娥四号中国2019年1月3日软着陆人类首次月背软着陆[60]
嫦娥五号中国2020年12月1日软着陆中国首次地外天体采样返回[75]
奥德修斯美国2024年2月22日-美国航天器时隔50多年首次登月[63]

参考资料 119

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  2. 参考 2
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  63. 时隔50多年首次! — 抖音短视频
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  88. 2004年1月23日,我国首次月球探测工程正式立项实施 — 国家航天局
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  92. 俄罗斯计划2025年前“重返月球” — 中国航天局
  93. 俄罗斯“月球-25”号探测器进入月球轨道 — 新华社
  94. 俄罗斯“月球-25”号探测器失联 初步判断与月球表面相撞 — 光明网
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  96. 国际探月历程 — 国家航天局
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  99. 美国为何提出重返月球 并非一时心血来潮 — 国家航天局
  100. 月球旅行记 — 豆瓣
  101. 登陆月球 — 豆瓣
  102. 最先登上月球的人 — 豆瓣
  103. 2001太空漫游 — 豆瓣
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  107. 登月荒言 — 豆瓣
  108. 从地球到月球 — 豆瓣
  109. 问天 — 豆瓣
  110. 准备登月:阿波罗计划背后的无名英雄 — 豆瓣
  111. 从地球到月球 — 豆瓣
  112. 环绕月球 — 豆瓣
  113. 出卖月亮的人 — 豆瓣
  114. 登月 — 豆瓣
  115. 登月第一人 — 豆瓣
  116. 阿瑟·克拉克科幻短篇全集 — 豆瓣
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  118. 嫦娥一号探测器 — 国家航天局
  119. 嫦娥三号探测器 — 国家航天局

注释

  1. 世界各国同时对地球物理现象进行联合观测的一次活动,前身为国际极地年,通常称国际极年,先后举行过3次。二战结束后,国际科联理事会的国际大地测量和地球物理学联盟于1950年提出进行第三次国际极地年的建议,并决定在全球范围内进行观测,因此改名为国际地球物理年,活动于1957年7月1日起至1958年12月31日止[21]
  2. 位于美国马里兰州北部,东南距华盛顿市区113公里,1945年艾森豪威尔以其孙之名命名,称戴维营,美国总统常在此与外国元首会谈[26]
  3. 指航天器在地球或其他星体上着陆时,不采取措施,而以极大的速度直接着陆。由于着陆速度很大,航天器及其设备在撞击下损毁[35]
  4. 月球最大月海,南北径约2500千米,面积约400万平方千米
  5. 月球月海之一,位于月球坐标西经31度,北纬43度左右
  6. 月球表面巨大的陨石坑,直径约为2480km,深度达12.8km
  7. 于2018年5月21日发射,同年6月14日进入地月拉格朗日2点的晕轨道,“鹊桥”在这一轨道上第一次实现同时观测地球和月球背面,为后来着陆月球的“嫦娥四号”与地面站之间提供通信链路,传输测控通信信号和科学数据[61]
  8. 位于月球近月面亚平宁山脉的山麓丘陵带上一条弯曲的沟槽
  9. 谢尔盖·帕夫洛维奇·科罗廖夫(俄文:Серге?й Па?влович Королёв),苏联导弹、火箭及航天设计师,曾主持“闪电”、“宇宙”、“电子”等系列的研制和发射[82]
  10. 弗拉基米尔?切洛梅[83](俄语:Влади?мир Никола?евич Челоме?й),苏联力学和程序控制专家,曾研制出质子号运载火箭
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