高速發射的“穿頭”將測量月球地表下的情況

    據英國《新科學家》雜志報道，所有人都希望登上月球，英國人自然也不例外。在美國人首次登上地球的這顆天然衛星近40年後，英國科學家也計劃在2013年實施第一次探月之旅。與美國人登陸月球不同，英國的這項任務看起來更像是一次“破壞行動”。英國科學家計劃先將一顆小型衛星送入月球軌道，然後由此衛星向月球表面發射4枚約1米高、重13.5公斤的火箭狀鑽地探測器（也稱為穿頭）。這些探測器以每小時1072公裏的速度撞擊月球，鑽入月球地表以下3米深處執行勘探任務，以研究月球內部的物理和化學成分，並執行在月球上找水的任務，目的是了解月球起源之謎，同時測試長距離太空探索技術的可靠性。

    可喜的是，這項名為“月球輕量內部及電訊試驗”(The Moon Lightweight Interior and Telecoms Experiment，簡稱MoonLITE)的英美聯合項目最近取得了重大進展，在威爾士一處保安嚴密的國防部試驗場，英國科學家將3枚這種穿頭安置在1500米長的加速軌道上，以每小時1100公裏以上的速度射入模擬月球表面的一個沙堡。測試結果表明此穿頭裏裝配的儀器在此強烈撞擊中都完好無損。

    按計劃，MoonLITE探月計劃預計耗資7500萬英鎊。軌道衛星部分由一個大型大推力推進係統和通信與導航等相關支持設備組成，由單翼太陽能板提供電力。此衛星可以200～3000比特/秒的數據率與穿頭進行通信。與此同時，每一個探測器裝備一係列科學儀器：包括1）加速度計/傾斜度測定裝置；2）基于微機電係統（MEMS）的微型地震儀；3）壓力傳感器、阻抗譜儀和小型質譜儀；4）樣品採集和熱控係統以美國“深空”2探測器用過的鑽具和火工式樣品空間密封裝置；5）溫度計；6）地質化學分析儀；7）顯微鏡；8）輻射敏感器；9）磁強計；10）下降相機。其中，網絡傳感器能利用月球地震能量來繪制月球內部圖，以幫助確定月球是否有鐵核，從而揭開月球是如何形成的。另外，鑽孔機和儀器用來檢測月球上是否有水和其它化學物質。

    軌道平臺最初將進入一條100公裏高的圓軌道。發射穿頭時，它將飛到距月面40公裏以內的高度處。發射完畢後，軌道衛星將升入較高的軌道，以提高軌道的長期穩定性。穿頭則在自由下落約3.5分鐘後，其投送係統對方向進行調整，以保證能以接近垂直的方式撞擊到月面上。它最終撞擊月球表面的速度將達到每小時1100公裏以上。

    在最近的測試中，這種撞擊讓穿頭以1萬倍的重力加速度進行減速，相比之下，常規的火箭通常體驗不到100倍重力加速度減速的滋味。為了讓此穿頭裏的科學儀器能在撞擊月球時不損壞，負責此項研究的英國倫敦大學學院莫拉德太空科學實驗室的艾倫‧史密斯及其同事將這些電子儀器包在環氧樹脂裏，再固定在其它東西上。他們還在一些儀器中使用了硅微電子元件，讓此探測器減輕重量的同時，還讓它們更加粗糙。

    此探測器能進入月球地表多遠還不清楚。史密斯說：“月球風化層不像沙子，更像壓實了的爽身粉。因此這很難讓它鑽入。”嘗試用儀器撞擊月球或行星表面的類似撞擊事件最近一次是在1999年，當時美國宇航局的深空2號任務送了2枚微型探測器到火星表面。不過發射之後，美國宇航局從來沒有和它們建立聯係。美國科學家認為，這類撞擊任務的二大挑戰是通信和電力。（尼特）