衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)
（原文刊登于《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》雜志2013年12月）
姜景山，微波遙感及空間信息科學(xué)專家?，F(xiàn)為中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心研究員，學(xué)術(shù)委員會(huì)主任、國際歐亞科學(xué)院院士、國際COSPAR中國委員會(huì)委員，任中國探月工程副總設(shè)計(jì)師，863航天領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會(huì)顧問。他是我國航天遙感技術(shù)的倡導(dǎo)者之一，微波遙感技術(shù)的主要開創(chuàng)者，在建立和發(fā)展我國微波遙感技術(shù)及理論體系中做出了重大貢獻(xiàn)。率先進(jìn)行航天微波遙感技術(shù)發(fā)展工作，實(shí)現(xiàn)了我國航天微波遙感零的突破，大大推動(dòng)了我國微波遙感衛(wèi)星的發(fā)展。
嫦娥一號(hào)與“微波月亮”
走進(jìn)姜院士的辦公室，正在記者四處打量各種儀器和模型時(shí)，姜院士指著一個(gè)月球儀介紹說，這是“月球儀”，是根據(jù)美國探月資料制作的。隨后，談話就圍繞著月亮展開了。
記者：月球儀上的圖像是照相機(jī)提供的，那這是否就是所謂的“可見月亮”呢？
姜景山：是的。一般的可見月亮都只能看到正面，但是這個(gè)月球儀上也有背面的圖像。由于地球在轉(zhuǎn)動(dòng)，月球也在轉(zhuǎn)動(dòng)，所以一般我們只能看到月球的一面，我們稱之為正面，而背面是我們?cè)诘厍蛏嫌肋h(yuǎn)也看不到的。所以利用一些航天器拍回的照片，拼成一個(gè)全月的圖像，也就是現(xiàn)在看到的這個(gè)月球儀。
記者：那么紅外月亮是什么概念呢？它與可見月亮有什么不同？
姜景山：紅外月亮就是通過在繞月衛(wèi)星上搭載紅外儀器，測量出的月球數(shù)據(jù)拼成的。如今前蘇聯(lián)、美國、日本、印度和我國都有紅外數(shù)據(jù)。紅外月亮描述的是月球的熱度變化，可見月亮雖然分辨率高，卻只能看到表面的東西。所以，二者還是有很大區(qū)別的。
記者：眾所周知，您在探月工程中的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)，就是在月球軌道上將微波遙感技術(shù)應(yīng)用于月球探測，這是世界上的第一次，也是對(duì)月球探測具有重要意義的一次。您能為我們介紹一下微波月亮嗎？
姜景山：在我們利用微波探測月球之前，曾經(jīng)有人在地球上使用雷達(dá)去探測月球。但是就像我剛才說過的，月球只有一面面對(duì)著地球。因此，在地球上探測月球只能探測到一面，而且隔著38萬公里探測，分辨率也會(huì)比較差。中國的探月工程起步比較晚，經(jīng)過40多年的研究，微波遙感技術(shù)已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步和發(fā)展。因此，在發(fā)射“嫦娥一號(hào)”的時(shí)候，我們就提出讓繞月衛(wèi)星搭載微波儀器，在月球軌道上對(duì)整個(gè)月球進(jìn)行探測。這在當(dāng)時(shí)屬于一個(gè)比較大膽的想法，難度很大。國際上一直比較重視微波，但是利用微波究竟能做什么，國際上很多學(xué)者都在進(jìn)行長時(shí)間的研究。在嫦娥一號(hào)中，用微波探測全月的亮度溫度（簡稱亮溫）是中國科研人員對(duì)于這個(gè)問題給出的一種答案，也是中國人對(duì)于全人類的貢獻(xiàn)。我們的探測結(jié)果，在多次國際會(huì)議上公開發(fā)表，獲得了國際同行的認(rèn)可。
經(jīng)過分析研究，微波月亮給我們帶來了這樣幾項(xiàng)結(jié)果：
首先是月壤究竟有多厚。由于月球在長達(dá)40億年的時(shí)間中，都暴露在太空環(huán)境中，大量隕星撞擊月球?yàn)R起灰塵，再加上早期的火山灰，所以月球的表面是一層松散的堆積物，我們稱之為“月壤”。這層月壤究竟有多厚呢？在阿波羅探月時(shí)期，美國人利用局部的探測、紅外和可見光三種手段，估算月壤的厚度最深在100米左右。但是這個(gè)判斷是利用一點(diǎn)信息擴(kuò)展起來的，我們認(rèn)為僅用一個(gè)點(diǎn)的厚度推斷全月月壤厚度未免偏頗。我們通過嫦娥一號(hào)微波探測儀獲得全月面的微波亮溫圖之后，了解到月球背面和正面的地形差別很大：背面的月陸——也就是高一點(diǎn)的地方——比較多，正面的月?！鄬?duì)低一些的地方——比較多。應(yīng)用這份全月亮溫?cái)?shù)據(jù)，我們對(duì)月壤的厚度做了更精確的估算。結(jié)論是，全月月壤的平均厚度為5到6米。其中大部分地區(qū)很淺，大概0到6米，深的地方可達(dá)一、二百米。
其次，月球上有多少能源。人類一直對(duì)月球上的氦3很感興趣，美國人利用單點(diǎn)數(shù)據(jù)——400多公斤的月壤樣本——做分析，結(jié)果認(rèn)為月球上的氦3資源很豐富，有100萬噸到500萬噸，這個(gè)數(shù)據(jù)跨度太大。我們通過分析全月微波數(shù)據(jù)后，認(rèn)同月球上有豐富的氦3資源，但其資源量更接近于100萬噸，而不是500萬噸。
再次，我們不否認(rèn)月球上存在水的可能性。然而，有沒有水、有多少水、這些水能不能被利用還都是未知的。
最后，也是最重要的，就是我們拿到了整個(gè)月球的微波亮度溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過科研人員的處理，創(chuàng)建了“微波月亮”。
這些，都是中國人在研究月球方面對(duì)于人類的貢獻(xiàn)。
記者：看來微波月亮對(duì)于研究月球有非常大的意義。那么嫦娥二號(hào)也利用遙感微波技術(shù)探測了月球嗎？數(shù)據(jù)與嫦娥一號(hào)探測的數(shù)據(jù)有沒有差別呢？
姜景山：嫦娥二號(hào)與嫦娥一號(hào)基本一樣，只有兩個(gè)變化：一是可見光相機(jī)的分辨率提高了，第二是嫦娥二號(hào)的軌道只有100公里，比嫦娥一號(hào)的軌道低了100公里，因而可以更加清楚的觀測月面。通過嫦娥二號(hào)衛(wèi)星我們得到了7米分辨率的可見光圖像——這是兩者最大的不同。微波遙感方面，我們通過嫦娥二號(hào)獲得了更多的微波亮溫?cái)?shù)據(jù)，驗(yàn)證了嫦娥1號(hào)的結(jié)果的正確性，實(shí)現(xiàn)了微波數(shù)據(jù)對(duì)全月100%的覆蓋。當(dāng)然這部分?jǐn)?shù)據(jù)有待進(jìn)一步處理和分析。
從嫦娥一號(hào)到嫦娥三號(hào)
雖然沒有直接參與到嫦娥三號(hào)的發(fā)射工作中，但是作為嫦娥一號(hào)和嫦娥二號(hào)的副總師，姜院士一直頗為關(guān)注嫦娥三號(hào)的動(dòng)態(tài)。
記者：作為繞月探測工程的副總師，您能否評(píng)價(jià)一下剛剛上天的“嫦娥三號(hào)”呢？
姜景山：應(yīng)該說發(fā)射很成功的，但是我更關(guān)注它的著陸情況。只有著陸成功，才能算是真正的成功。畢竟前期已經(jīng)為“嫦娥三號(hào)”做了許多鋪墊工作，這次的重點(diǎn)是能不能在選定的位置上穩(wěn)定地下降、著陸。
記者：這次著陸的難點(diǎn)在哪里呢？
姜景山：嫦娥三號(hào)的著陸點(diǎn)在虹灣。出于科學(xué)考慮，該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，有典型性，具有很高的科學(xué)探測價(jià)值。嫦娥三號(hào)著陸過程中，大概距離月面還有10到20公里的時(shí)候，就會(huì)以拋物線下降，相對(duì)速度從每秒1.7公里逐漸降為零。在距離月面100米處，嫦娥三號(hào)要進(jìn)行短暫的懸停，利用高分辨率相機(jī)掃描地形，避開裸露的巖石，尋找平坦的地面，然后降落。這些如果都順利完成了，著陸就是成功的。但是作為一個(gè)研究微波遙感的學(xué)者，我更關(guān)注月球的次表層?？梢姽庀鄼C(jī)的分辨率雖然很高，但是只能看到表面，看不到下面，所以不能判斷著陸的具體情況，有可能某個(gè)腿在伸開的時(shí)候會(huì)被別住。最初，我們建議在有效載荷中加入微波探測儀，但是由于重量的限制沒有實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，嫦娥三號(hào)成功著陸的概率是很大的。
記者：那嫦娥一號(hào)和嫦娥二號(hào)并不需要著陸，它們的難點(diǎn)是什么呢？
姜景山：最困難的我認(rèn)為是溫度。因?yàn)樵S多東西要做出來并不是太難，但是能否接受月球上接近400度的溫度跨度就不好說了。許多材料沒有這個(gè)承受能力，比如天線要一直暴露在外面，看似簡單的一個(gè)問題，我們花了很長的時(shí)間去解決，不僅負(fù)責(zé)天線工作的科研人員付出了艱辛的努力，許多研究材料的專家和廠商都做了很大貢獻(xiàn)。除了天線之外，還有相機(jī)的鏡頭等也很難接受月球的環(huán)境。畢竟太空中不像地球，有大氣層的保護(hù)。相同的設(shè)備，在不同的環(huán)境中使用，技術(shù)手段也需要?jiǎng)?chuàng)新。
向太空要資源
隨著嫦娥三號(hào)的升空，一場關(guān)于“人類為什么要探月”的討論在各大媒體悄悄開展。那么，針對(duì)這個(gè)問題，姜院士有自己獨(dú)特的看法。
記者：探月工程，不管是國內(nèi)的還是國外的，都是在獲取關(guān)于月球的信息。那么我們了解了這個(gè)信息之后，應(yīng)該如何利用這部分信息呢？
姜景山：月球，是距離我們最近的天體——只有38萬公里。這個(gè)距離在以前是遙不可及的，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在可以說，月球已經(jīng)變成人類“觸手可及”的地方。所以如今月球已經(jīng)不能被稱之為“深空”，而只能算作是“深空的邊緣”。了解月球一方面是為了深入認(rèn)識(shí)一些科學(xué)問題，如宇宙的發(fā)展、地球的生成等，另一方面是為了人類利用月球上的資源做一些探索。
記者：您曾經(jīng)在一次采訪中提了一個(gè)比較有趣的說法，叫做向太空要資源，探月是不是向太空要資源的方式之一呢？
姜景山：很多時(shí)候大家都問，太空那么空洞，我們?yōu)槭裁匆ツ莾?，難道是為了做一種表面行為嗎？實(shí)際上并非如此，太空并不空，而是擁有豐富的資源。
太空中的資源包括這樣五類：
首先是高度資源。現(xiàn)在的氣象預(yù)報(bào)比過去準(zhǔn)確多了，因?yàn)楝F(xiàn)在預(yù)報(bào)天氣可以站在太空軌道上甚至同步衛(wèi)星的高度上，云量、地面的風(fēng)速風(fēng)向、雨量都可以被清楚地觀測到。有了高度資源之后，甚至連什么地方什么魚比較多都能觀測到。
第二是重力資源。地球上也有重力，但是太空中的重力只有地球上的幾分之一——我們稱之為微重力。在地球上，要制造長時(shí)間的微重力環(huán)境是比較困難的。但是在太空中可以長時(shí)間處于微重力狀態(tài)。
第三是輻射資源。就是利用太空中各種各樣的輻射，可以做在地面很難做的事，如“太空育種”，就是把各種種子放在衛(wèi)星上接受宇宙輻射。回到地球后，生物學(xué)家可以利用這些種子，在地面上試驗(yàn)，觀察變異效果。
第四是超高壓資源。太空中能產(chǎn)生地面上難以達(dá)到的超高壓，許多合成材料都必須在高壓環(huán)境下才能生產(chǎn)出來。所以許多地面做不出來材料，將來都可以在空間站中做。
第五是物質(zhì)資源和太陽能資源。地球上的太陽能利用，即使在陽光照射很強(qiáng)的情況下，由于大氣層的阻隔，大量的太陽能都損失了?？墒侨绻诳臻g軌道上進(jìn)行太陽能收集，就可以避免大氣對(duì)太陽能的損耗，大大提高了太陽能的利用率。
這些都是實(shí)實(shí)在在看得見的資源，既然有資源，為什么不去開發(fā)呢？二十世紀(jì)人類最偉大的成果之一就是人類進(jìn)入了太空，現(xiàn)在無論是科學(xué)的發(fā)展進(jìn)步，還是老百姓的生活水平的提高，這一切都離不開人類探索太空的成果。
記者：您從事的事情總是與太空相關(guān)，比方衛(wèi)星，比方載人航天，比方探月這些，那您覺得中國未來的深空探索會(huì)走向什么樣的方向？
姜景山：這個(gè)問題我有兩個(gè)看法，第一中國一定要做深空探測，只是時(shí)間早晚的問題。第二當(dāng)前中國的空間探測重點(diǎn)仍然是地球，而且相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)都會(huì)是地球——畢竟，地球上需要解決的的問題太多了。
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