石豪：最初的梦想——月球背面探索史

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石豪：最初的梦想——月球背面探索史
- 石豪科研工作者、航空航天观察者
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2018-12-07 15:11:46 字号：A- A A+ 来源：观察者网

关键字: 嫦娥四号月球探测器月球背面照片月球背面为什么去不了中国航天中国登月

三、壮志未酬

在阿波罗载人登月计划中，美国曾经考虑过在月球背面进行着陆，已故的著名科学家罗伯特·法夸尔曾对笔者讲起过这段往事。

在地月系这样的两天体系统中，如果引入一个质量和体积与天体相比能够忽略不计的航天器，我们总能找到5个可以使航天器受力平衡的点，这就是航天动力学中限制性三体问题的5个特殊解，也称5个拉格朗日点。

拉格朗日点示意图

如果将一颗卫星打到月球远端的L2点附近，我们可以通过轨道控制，以很小的代价（每年10m/s的轨道维持速度增量）令卫星围绕L2点旋转。当轨道足够大的时候，从地球看过去，绕L2点的轨道就像月球外面的光晕（Halo）一样。

这种轨道正是由罗伯特·法夸尔于1966年提出的，他将这种轨道命名为晕轨道（Halo Orbit）。

由前文所述，月球背面长期背离地球，地球无法直接与任何在月球背面的探测器取得联络。在阿波罗13号事故中，乘组要在月球背面进行一次关键的点火，而地面控制中心对此完全无法掌控，宇航员们只能靠自己。直到那个时候，NASA才意识到法夸尔研究的重要性——如果有运行在晕轨道上的中继卫星，宇航员就不必冒着巨大风险手动点火。

在阿波罗任务的早期设计中，这个问题是被忽略的，而且就算发生了阿波罗13号那样的事故，NASA也不打算再花钱去改进。这种冒险在今天是完全不可想象的，但是在太空竞赛的年代，人们总会倾向于多冒险。

当NASA确定阿波罗17号任务将成为最后一次载人登月任务时，阿波罗17号的宇航员哈里森·施密特（同时也是一位地质学家）希望给阿波罗计划一个辉煌的结局，他决定推动NASA将阿波罗17号的登月舱降落地点选在月球背面。因此施密特叫来了法夸尔，希望他能够给NASA的决策者讲解晕轨道中继卫星方案。

法夸尔一家人在ISEE-3卫星发射前的合影

尽管时间紧迫，但法夸尔依然提前向施密特和其他科学家做了一次汇报预演。为了让中继卫星的入轨更节省燃料（当然也更省钱），法夸尔设计了非常复杂而巧妙的月球助力加速方案。

施密特对此很满意，但说起向NASA决策者的汇报，施密特无比强烈地要求法夸尔不要给他们看这个省钱的方案，语气夸张到几十年后法夸尔向笔者讲述时，依然记忆犹新。

其实施密特的要求是有道理的，他不希望这个乍一看十分复杂的轨道给已经因预算和安全性焦头烂额的NASA高层增加更多压力，导致方案更难通过。

同样是拉格朗日点任务的WIND探测器，读者朋友可以感受一下它到达L1点的轨迹

当然，就算法夸尔选用了更为简单和直接的轨道转移模式，阿波罗17号依然没能在月球背面着陆，NASA已经无法负担更多的经费，承担更高的风险了。这对于法夸尔本人和阿波罗17号乘组而言，都是毕生憾事。

法夸尔是一位杰出的科学家，在NASA后来的深空探测任务中多次起到关键作用。他深知国际合作的重要性，生前积极推进中美两国航天界的合作，这在麦卡锡主义盛行、对华合作万马齐喑的美国航天界，是极为难得的。

法夸尔是笔者的忘年之交，也是笔者进入航天领域的引路人，时至今日，笔者依然为此感到荣幸和自豪。

Robert W. Farquhar（1932-2015）

斯人已逝，法夸尔终其一生未能实现的月球中继卫星与月球背面软着陆，即将在这一代中国航天人手中变为现实。

让我们一起期待嫦娥四号探测器的发射，期待触手可及的月球之巅。

本文系观察者网独家稿件，未经授权，不得转载。

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标签中国航天月球 NASA 嫦娥
- 原标题：石豪：最初的梦想——月球背面探索史
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- 责任编辑:李泠
- 最后更新: 2018-12-08 08:07:59
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