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李会超:老牌航天强国寻求合作,中国探月工程为何如此受青睐

2019-04-08 08:29:14

【文/ 观察者网专栏作者 李会超】

在国家主席习近平对法国进行国事访问期间,中国国家航天局(CNSA)与法国国家空间研究中心(CNES)签署了合作意向。未来,将在月球着陆并取样返回的中国嫦娥六号探测器,将为法方提供10千克的有效载荷搭载机会,使法国能够利用嫦娥六号平台进行月球探测。

这个合作意向将中法在空间领域由来已久合作推向了新的时代。实际上,除了探月之外,中法双方早已在对地遥感、空间医学等多个领域展开了合作,未来还将有更多项目开花结果。

中法双方正在签署协议

法国:老牌航天强国

和中华民族一样,浪漫的法兰西民族在太空时代开始之前就畅想过人类去往月球的旅行。法国的著名科幻小说家凡尔纳撰写的科幻小说《从地球到月球》,勾勒了宇航员由大炮发射登月的场景。虽然在现实中“大炮登月法“并不可行,但这部小说却激励了不少后来者将飞天之梦变成现实。现代航天理论的两位奠基者,俄罗斯的康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和德国的赫尔曼·奥伯特,都认为《从地球到月球》从精神上启迪了他们后来的工作。

二战之后,在一部分德国V2火箭技术的基础上,法国开始了自身的航天事业发展。1965年,Astérix卫星的成功发射使法国称为继苏联、美国这两个超级大国后,第三个拥有自行设计、制造、发射运载火箭和人造卫星的国家。

法国的第一颗人造卫星Astérix

在国家层面,法国航天活动的管理部门有国家空间研究中心(CNES)和武器装备总署(DGA)。其中,CNES负责民用航天政策落实和产业发展,并代表法国开展国际航天合作。而DGA则负责实施军用航天项目。为了能够在欧洲“集中力量办大事”,实施各国可能都无法独立开展的大型项目,法国发起并参与了“欧洲空间局”(ESA)。在欧空局框架下,法国通过缴纳会费并承担相应研发任务的方式,参与到大型空间科学探测项目中来。

法国是欧空局最大的出资国,欧空局的总部就设置在法国巴黎。目前,除了租用俄罗斯的发射场外,ESA拥有的唯一一个发射场即为位于法属圭亚那的发射场。在成为欧空局的发射场前,这里是法国自有的发射场。欧空局的主力运载火箭——阿丽亚娜5号火箭,是以法国为主体进行研发和制造的,其近地轨道运载能力可达20吨,与我国的长征五号火箭能力基本相仿。欧洲宇航工业的大型核心企业也大都以法国为龙头。可以说,法国在很大程度上主导了欧洲空间宇航事业的发展和运作。

发射架上的阿丽亚娜-5型火箭

在ESA成立后,CNES已经将重大科学项目都交到ESA框架之下,自身则专注于小型的国家计划。因此,中法空间合作和中欧空间合作是两条有所联系但又保持独立的合作渠道。法国本国没有实施过独立的探月计划,而欧空局也仅在2003年向月球发射过一颗小型的环绕探测器。目前,中法探月和中欧探月合作都在平行推进当中。

探月三期与嫦娥六号

未来,将为法国搭载探测载荷的嫦娥六号探测器是嫦娥探月三期工程框架下的探测器。按照绕、落、回三步走的战略规划,探月工程三期的探测器将能够到达月球表面,并在那里采集月球样本并带回地球供科学家研究,以使科学家们了解月球和地月系统的起源与演化,掌握古老月球、地球乃至太阳系诞生和成长的过程。

同时,探月三期的开展还可以为未来我国载人登月、建立月球前哨站等工作提供选址探测据。探月工程三期的第一艘探测器为嫦娥五号,预计将在今年年底发射。而嫦娥六号、七号、八号则为后续规划的任务,将在嫦娥五号探测的基础上对月球开展更丰富的采样探测。

嫦娥五号外形概念图

相比于之前有去无回的探测,探月三期的探测器在月球取样后,将从地月转移轨道上,以第二宇宙速度再入大气层。以往我国发射的载人航天飞行器和返回式卫星,都是从近地轨道上以第一宇宙速度返回地面。而以第二宇宙速度安全返回地面的实现难度将会更大。

为了降低实际任务的风险,在探月二期工程还在进行中时,探月三期的先行验证任务——月地高速再入返回飞行器的飞行试验就已经低调展开。这艘飞行器在2014年10月24日由长征三号3号丙火箭发射升空,进入地月转移轨道,在月球附近兜了一圈后返回地球,在内蒙古四子王旗预定区域顺利着陆。这艘飞行器的飞行基本仿照了嫦娥五号实际任务时返回舱的飞行,实现了国际上最高精度的第二宇宙速度安全返回,为嫦娥五号任务的成功提供了关键的试验验证。

探月三期高速再入返回飞行器被成功回收

嫦娥六号、七号、八号为今年年初才刚刚公布的探月三期后续任务,目前仍在规划论证当中。也正是因为嫦娥六号的方案尚未完全定型,才有为法方提供搭载的可能。在航天任务的设计中,能够送上太空的每一克载荷都相当珍贵,如果整体设计方案已经完成,甚至探测器已经有了初样甚至正样,那么即便我们热情的希望为法国朋友提供探测机会,探测器上也没有给载荷“搭车“的空位置了。

嫦娥六号的探测目标是月球南极。由于阳光在月球南极是沿着几乎与月球地平线平行的方向入射,因此在撞击坑中有可能存在阳光照射不到的黑暗区域,也就是永久阴影区。以往的遥感观测表面,这里不但具备特殊的地形地貌,还有可能有水冰存在。

目前法方搭载载荷具体的科学目标和探测功能还没有公布,但可以期待的是,在月球南极这样一个具备诸多有趣现象的地方,法方的载荷应该会不虚此行,能够获得较为丰富的科学产出,为中法两国乃至全世界的科学家提供研究数据。

中法合作:不仅仅是探月

作为西方阵营中的大国和北约主要成员国,法国在维持与美国的盟国关系的同时,依然希望能保持其独立自主的大国地位,并不像某些国家一样唯美国马首是瞻。在冷战背景下,法国没有受到意识形态和政治阵营的束缚,从1966年就开始了与苏联在太空领域的合作,与苏联进行过联合太空飞行和太空站试验。当前,在美国对中国实施贸易战和科技打压的情况下,法国在包括空间航天在内的诸多领域与中国开展深入合作,是其独立外交战略的延伸。

实际上,在本次合作意向签订之前,中法在空间航天领域就有着良好的合作基础与传统。在1997年,中法之间就签署了《研究与和平利用外层空间合作协定》。2018年10月29日,两国合作研制的中法海洋卫星成功发射并正常入轨工作。中法海洋卫星是中国航天史上第一次同先进宇航国家开展的全流程系统合作。

这颗卫星的总体研制、卫星平台和卫星发射工作由中方承当,双方各负责一台探测仪器。中方探测仪器负责探测海面附近的风速、风向等参数的精细情况,法方仪器则负责探测与海浪相关的参数与信息。这颗卫星为两国更好的掌握海洋的变化规律,为更精准预报海洋上的各类灾害提供了实测数据。在2018年1月法国总统马克龙访问我国时,曾经亲赴中国空间技术研究院(航天五院),参观中法海洋卫星的研制厂房。习主席访法期间两国签署空间领域进一步的合作意向,可以说呼应了马克龙总统访华期间的参观。

中法海洋卫星

与中法海洋卫星同时确定实施的,还有中法天文卫星SVOM。SVOM卫星的探测目标是宇宙中最闪耀的爆发现象——伽玛暴,这种现象产生于黑洞或磁星喷射出的相对论喷流,一般在大质量恒星生命即将结束的塌缩阶段发生,也可能在致密双星合并时发生。SVOM能够在天空中快速复现和定位各种类型的伽玛暴,全面测量和研究伽玛暴的电磁辐射性质,并利用伽玛暴研究宇宙的演化和暗能量情况。

目前,这颗卫星的研制工作正在进行,预计将于2021年发射。此外,法国的 CardioSpace装置曾随中国的天宫二号空间实验室升空,收集有助于解决宇航员太空飞行后出现的心血管功能问题的数据。未来,CardioSpace-2装置还将随中国的载人航天器上天。

除了已经有明确方案的卫星项目,双方还商定在对地观测、应对气候变化等领域加强合作,以负责任的大国姿态,为解决全球性问题贡献力量。

本文系观察者网独家稿件,未经授权,不得转载。

李会超

李会超

空间物理学博士,科普作者

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来源:观察者网 | 责任编辑:孙武
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