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來源：互聯網

月船一號（Chandrayaan-1）是由印度發射的月球探測衛星，于當地時間2008年10月22日上午由印度的極地衛星運載火箭PSLV發射升空，發射地點位于印度東海岸Satish Dhawan航天中心。2009年8月29日，由于月船一號和地面失去聯系，宣告這次月球探測任務結束。

2003年11月印度政府正式批準向月球發射探測器的建議。月船一號的科學任務包括繪制三維月圖、探測月表化學元素和礦物資源分布情況、探測氦-3儲量以及尋找月球存在水的證據。月船一號的主體結構為邊長約1.50m的立方體，發射質量為1304kg，到達月球工作軌道時的質量為590kg。月船一號主要由太陽能電池帆板供電，月食時由鋰電池供電。該探月衛星裝有11臺總質量為55千克的科學探測儀器，其中5臺是印度制造的，另外6臺是其他國家研制的。

月船一號的首次發射標志著印度繼美、俄、歐、日、中之后成為第六個“月球俱樂部”成員。

探月背景

2007年9月24日，印度空間研究組織主席奈爾在第58屆國際字航聯合會大會上稱，隨著印度太空技術的不斷發展，印度空間研究組織的太空探索使命已進入第二階段，未來數十年印度將開展載人航天計劃。

總體目標

科學目標

月船一號進行為期2年飛行任務，計劃的科學目標是:在可見光、近紅外、低能X射線和高能X射線范圍內對月球進行高分辨率遙感觀測。其具體目標包括:繪制三維月球表面地形圖（空間分辨率為5~10m）;對整個月球表面進行化學和礦物學繪圖，以了解 Mg、Al、Si、Ca、Fe和Ti等元素（空間分辨率約為25km），以及Rn、U、Th等大原子量元素（空間分辨率約為20km）的分布,此外還有探測氦-3儲量以及尋找月球存在水的證據。

任務目標

月船一號計劃的任務目標是:實現科學有效載荷、衛星平臺和運載火箭與地面支持系統[包括深空網（DSN）地面站]之間的協同工作;完成月球探測衛星的集成和測試、發射，使其成功到達約100km高的極月軌道并進行在軌實驗，實現通信和遙控、遙測信號的接收，以及任務數據的快速查閱、存檔和科學應用。這顆探測器攜帶11件科學儀器，其中6件來自美國和歐洲。其軌道高度為100千米。它將進行為期兩年的探測，并計劃用一顆小型探測器撞擊月球，把一面印度國旗投擲到月球上。

任務過程

奔赴月球

2007年，印度太空研究組織的增強型極軌衛星運載火箭（PSLV）的裝配已經開始，準備在同年9月從印度東海岸Satish Dhawan航天中心發射印度的月船一號任務。該增強型PSLV運載火箭發射質量約316噸，其推力較標準型更大。

2008年10月22日，印度用極軌衛星運載火箭PSLV-XL發射了其首顆探月衛星月船一號。探測器首先進入了近地點255 千米、遠地點22860千米的大橢圓軌道。在繞地運行兩個星期的時間里，探測器上的液體發動機適時點火工作5次，按計劃把月船一號的遠地點逐步提升到37900千米、74715千米、164600千米、267000千米和380000千米。在此期間，探測器上的地形測繪學立體相機（TMC）曾兩次成功工作，分別拍攝了地球和月球的照片。

2008年10月29日，它傳回首批地球照片。第一張照片拍攝的是澳大利亞北部海岸，拍攝于10月29日上午8時，拍攝高度9000千米，第二張照片拍攝的是澳大利亞南部海岸，拍攝于當天中午12時30分，拍攝高度70000千米。首批照片可能沒有什么科學價值，但是科研人員可以檢驗奔月路線以及整個系統。從照片分析知道“月船一號"攜帶的照相機工作正常。這意味著探測器上的設備已經準備好拍攝月球。“月球初航"項目經理稱，盡管探測器上的11臺設備都在地面上接受過試驗，但是印度希望在探測器發射之后對設備進行交叉校驗，包括設備、數據存儲、數據處理系統、下行鏈路、射頻系統和地面天線以及地面圖像處理系統。11月4日，它進行了在地球軌道上的第5次、也是最后一次軌道提升，從而使探測器進入遠地點38萬千米、近地點約1000千米的月球轉移軌道。在這次提升中，探測器上推力為440牛頓的液體遠地點發動機點火工作了145秒。

2008年11月8日，月船一號順利進入繞月飛行軌道，當時探測器上的液體遠地點發動機（LAM）工作了817秒，成功實施了復雜的月球軌道入軌。印度非常謹慎地執行這次關鍵的月球軌道入軌，制定的緊急預案已經就位:萬一探測器上的遠地點控制發動機沒有點火，地面人員將使用探測器上的其他推進器完成這次入軌。這是印度制造的航天器首次掙脫地球引力場并飛到月球。印度空間研究組織主席奈爾稱:“或許世界上還沒有別的國家能像印度一樣第一次就進入了如此精確的月球軌道，印度在航天領域現已取得了重要的領先地位。"月船一號的液體發動機是在距月球約500千米的位置上點火工作的，這樣可以降低速度，使探測器能被月球引力捕獲，從而進入繞月軌道。探測器先是進入近月點約504千米、遠月點約7502千米、周期約11小時且經過月球兩極的一條橢圓軌道。接著，在11月9日成功進行了首次降軌，探測器上的液體發動機點火工作了約57秒，使軌道近月點從504千米降低到200千米，遠月點保持不變，軌道周期約為 10.5 小時。11月11日和 12日又進行了2次降軌，使探測器進入100千米的最終工作軌道。

月面探測

2008年11月14日晚，月船一號發射了一個電視大小的月球撞擊探測儀（MIP），發射后20分鐘，它撞擊南極洲附近地區月面。隨后，其它科學儀器逐步開機，使探測器進入正常探測階段。月船一號的最終工作軌道高度為（100±15）km，軌道傾角為90°±0.5°，周期為117.6min，相鄰兩軌在月球赤道的軌跡寬度為32.62km。

2008年11月，月船一號探測器出現溫度升高現象，探測器溫度比正常值高10℃，這足以影響探測器上設備的正常工作。溫度升高的原因尚不清楚，但是科學家稱探測器外圍的絕熱氈能夠使溫度降低。“月球初航”探測器上已運轉的9臺有效載荷都工作正常，并傳回了數據。到12月的第一周，探測器上的溫度恢復正常。

2009年7月17日，印度空間研究組織發表，月船一號探測器的星體傳感器發生嚴重故障，無法正常工作。星體傳感器主要負責探測器的繞月飛行定向導航。故障發生后，印度科研人員緊急改用月船一號的天線定位裝置和陀螺儀來替代傳感器，負責探測器的定向導航。

任務結束

2009年8月29日，印度空間研究組織發表聲明說，印度首個月球探測器月船一號當天凌晨突然與地面失去聯系。地面指揮中心最后一次接收月船一號信息是印度當地時間29日0時25分（北京時間29日2時55分）。印度空間研究組織官員S·薩蒂什表示所有試圖重新與月船一號建立聯系的努力都未成功。這次月球探測任務的負責人M·安納杜拉伊宣布，由于月船一號和地面失去聯系，宣告這次月球探測任務結束。不過，這次任務基本完成預定目標。“這次任務全部結束。我們與‘月船一號’失去了聯系，”安納杜拉伊接受印度報業托拉斯記者采訪時說，“但就技術層面而言，‘月船一號’百分之百完成了任務；就科學層面而言，也完成它90%至95%的任務。”

總體設計

主體結構

月船一號的主體結構為邊長約1.50m的立方體，發射質量為1304kg，到達月球工作軌道時的質量為590kg。它裝有11種科學有效載荷，采用3軸穩定，通過陀螺儀、2個星敏感器和4個反作用輪進行姿態控制。在繞月飛行期間，月船一號利用雙組元推進系統到達指定的月球軌道，并進行軌道維持。推進系統裝載的推進劑足夠2年任務期所需，并有適當富余。月船一號采用單翼太陽電池陣，展開后與衛星的俯仰軸成30°，最大輸出功率為700W，提供整個任務期間所需的大部分電能。在無光階段，月船一號則改由鋰離子蓄電池供電。月船一號在月球軌道運行時，其天線利用雙軸萬向節機構跟蹤地球站。遙測、跟蹤和指令（TTC）系統通信在S頻段，科學有效載荷數據則利用0.7m直徑的拋物面天線在X頻段傳輸。探測衛星裝有3臺主要用于存儲有效載荷數據的固態存儲器，其中，第1臺的數據容量為32GB;第2臺的數據容量為8GB，除存儲科學有效載荷數據外，還存儲衛星姿態信息（來自于陀螺儀和星敏感器）、衛星星務參數和其他輔助數據;第3臺的數據容量為10GB，只供月球礦物學繪圖儀（Moon Mineralogy Mapper）使用。

設計特點

一是體積小。印度月船一號的星體為邊長約1.5米的立方體。二是質量輕。月船一號發射質量為1304 千克。三是造價低。月船一號總耗資僅為38.6億盧比（合8300萬美元），只占印度空間研究組織多年來年度預算的10%，是各國探月計劃中預算最少的。四是壽命長。月船一號的設計壽命2年。五是眼神好。月船一號的運行軌道高度都是100千米，但印度的地形測繪學立體相機的分辨率達到5米。六是撞月面。月船一號最大的特點是其頂部裝有1個質量約為29千克的“沖擊者”月球撞擊探測儀。配備了1臺發動機的“沖擊者”在月船一號進入月球軌道后，能以75米/秒的速度被釋放出去撞擊月面，并在接近月球的過程中，“沖擊者”能不斷對月球進行拍攝，這些拍攝數據有助于印度未來選擇月球車的著陸位置。另外，通過探測“沖擊者”撞擊月面時激起的月球土壤，還可獲取礦物質和水的科學數據，并演示精確著陸月表所需的技術。

儀器配置

月船一號裝有11種科學儀器和裝置，其中地形測繪學相機（TMC）超光譜成像儀（HySI）、月球激光測距儀（LLRI）、高能X射線（HEX）譜儀和月球撞擊探測儀（MIP）由印度本國研制，月船一號X射線譜儀（C1XS）、近紅外分光計一2（SIR-2）、亞千伏原子反射分析儀（SARA）、輻射劑量監測實驗（RADOM）裝置、小型合成孔徑雷達（MiniSAR）和月球礦物學繪圖儀由其他國家或組織研制。

地形測繪相機

地形測繪相機的科學目標為:繪制月球地形圖，為獲得高空間分辨率的三維月球地圖集提供數據。它能對整個月球表面進行高分辨率繪圖，有助于人類了解月球的演化過程，并對感興趣的地區進行詳細研究。它還能與月球激光測距儀一起工作，獲得的數字高程模型將用于改進月球重力場模型。地形測繪學相機的尺寸為370mmx220mmx414mm，質量為7kg。它能在0.5~0.85um的全色光譜范圍內成像，月面分辨率為5m，量化等級為10bit，寬為20km。相機以推掃模式成像，在成像面有3個4000像元線陣，分別用于在衛星飛行的沿軌方向進行前視、正視和后視成像。

超光譜成像儀

超光譜成像儀的科學目標為:獲得繪制月球表面礦物分布圖的數據，為研究月球表面礦物成分提供可用信息。該儀器獲得的深月球坑和主要山峰的研究數據，也能使人類更好地了解月球內部的礦物成分。超光譜成像儀的質量為4kg，尺寸為275mmx255mmx205mm。它能在0.4~0.95um的光譜范圍對月球表面繪圖，具有優于15nm的光譜分辨率和80m的空間分辨率，幅寬為20km。

月球激光測距儀

月球激光測距儀的科學目標為:提供月船一號-1飛行高度的精確測距數據，確定月球的全球地形，獲得改進的月球重力場模型，并補充地形測繪學相機和超光譜成像儀獲得的數據。利用該測距儀數據繪制的月球高程地形圖，將用于研究月球上大盆地的狀態及其他特征，巖石圈的壓力、應力和彎曲特性。上述這些研究與重力場研究相結合，就能提供月球地殼的密度分布。月球激光測距儀的質量小于10kg，能以剖面模式和掃描模式工作。它向月面發射激光脈沖（激光波長為1064nm，脈沖寬度為10ns），并用光學接收器收集月面沿發射器方向反射回的激光，然后把這些光聚焦到光電探測器，最后通過分析探測器生成的電信號推算出被月面散射和吸收的激光。

高能X射線譜儀

高能X射線譜儀的質量約為16kg，裝有具有較好能量分辨率的探測器，能對硬X射線30~250keV范圍內的星體表面能譜進行研究，主要用于研究因月球表面238U和232Th的放射性衰變而形成的在上述能量范圍內的輻射。其科學目標為:

月球撞擊探測儀

月球撞擊探測儀的質量為29kg，安裝在主軌道器的頂部，在主軌道器到達最終工作軌道后按預定時間被釋放，以撞擊預先選定的地區。脫離主軌道器后，它采用自旋穩定，從釋放到撞擊月球僅需20min。月球撞擊探測儀的主要任務目標是驗證撞擊特定月球區域所需的技術，使這些技術適用于未來的軟著陸任務，另外它還要對月球進行近距離探測。

月球撞擊探測儀的尺寸為375mmx375mmx470mm，它包括3種設備:①雷達高度計，其工作頻段為4.3GHz±100MHz，主要用于測定月球撞擊探測儀距離月球表面的高度，驗證未來著陸任務所需要的技術，②視頻成像系統，在月球撞擊探測儀下降過程中拍攝月球表面圖像，它包括模擬CCD相機和視頻解碼器;③質譜儀，它是一臺先進的四級桿質譜儀，在下降階段測量稀薄的月球大氣組成，質量分辨率為0.5u，局部壓強靈敏度達到1.33x10-13Pa的量級。

月船一號-1X射線譜儀

月船一號-1X射線譜儀的主要科學目標是:對月球進行高質量X射線繪圖，采用X射線熒光技術（1.0~10keV）測量分布在月球表面的Mg、AI、Si、Ca、Fe和Ti等元素的豐度，其空間分辨率約為25km。月船一號-1X射線譜儀采用電掃描裝置（SweptCharge Device）X射線探測器，它安裝在金/銅瞄準儀和鋁/聚碳酸酯薄膜濾光片的后面。另外，X射線譜儀安裝了可展開防護罩，在穿越地球輻射帶時保護X射線探測器免受損害，并且使其遠離月球大范圍粒子活動。為了記錄激發月球表面元素產生熒光X射線的太陽X射線，X射線譜儀還攜帶了1臺X射線太陽監視器（由赫爾辛基大學研制）。

月船一號-1X射線譜儀是在歐洲航天局斯馬特-1（SMART-1）月球探測衛星上的X射線分析儀D-CIXS的基礎上研制的。與后者相比，月船一號X射線譜儀具有如下優勢:能觀測處于太陽活動上升階段的月球，此時X射線信號明顯增強;能在非常短的時間內到達月球軌道，因此能顯著減少途中輻射對它的損害;從更低的極月軌道（約100km）觀測月球;重新設計的瞄準儀和刻面幾何結構能夠擴大其收集范圍。月船一號-1X射線譜儀主要由歐洲航天局研制，英國盧瑟福實驗室、印度空間研究組織衛星中心也參與其中。印度空間研究組織對該儀器的部分結構進行了重新設計，以適應月船一號的科學任務。

近紅外分光計-2

近紅外分光計-2主要是對與月球表面相關的月球科學進行研究，包括:從地質學、礦物學和地形學角度詳細研究月球表面;研究月球外殼物質的垂直分布;研究月球盆地、月球海和月球坑的形成過程;探究月球表面風化的過程;為未來的科學探測及尋找著陸點而考察月球礦物資源。近紅外分光計-2覆蓋的波長范圍是0.93~2.4um，光譜分辨率為6nm。它主要由德國馬普學院太陽系科學研究所研制。

亞千伏原子反射分析儀

亞千伏原子反射分析儀的科學目標為:利用低能中性原子（10eV~2keV）對月球表面成像，獲得永久陰影區和不穩定物質富足區的月表成分分布圖:對太陽風與月球表面的相互作用成像;對風化的月球表面磁異常現象成像。月球幾乎沒有磁層和大氣層，因此，太陽風離子能夠直接侵蝕月球表面，從而導致月球表面分層。飛濺的粒子飛離月球表面時，許多變成了中性原子，其中大部分原子的能量大于月球逃逸能量，因此它們能沿著未受擾動的軌跡飛行。亞千伏原子反射分析儀就是用來探測這些原子的，具有較好的角分辨率和質量分辨率。

亞千伏原子反射分析儀的總質量為3.5kg，它包括質量為2kg的中性原子探測器--月船一號-1能量中性分析器（CENA），質量為0.5kg的太陽風監測器（SWIM）;質量為1kg的數字處理單元（DPU）。亞千伏原子反射分析儀由歐洲航天局、瑞典空間物理學院、印度空間研究組織維克拉姆-薩拉巴伊航天中心的空間物理實驗室聯合研制。

輻射劑量監測實驗裝置

輻射劑量監測實驗裝置將定性和定量地描述近月空間的粒子流、輻射劑量率、沉積能譜和輻射環境。其科學目標包括:測量月球軌道的粒子流、沉積能譜和累積吸收輻射劑量率;提供月球周圍不同高度和緯度的輻射劑量評估圖:如果月球周圍環境存在對太陽及銀河系宇宙輻射、太陽粒子運動的屏蔽，那么將對屏蔽特性進行評估;在探測月球過程中研究輻射危害，獲得的數據用于評估未來載人月球任務的輻射環境和輻射屏蔽需求。

輻射劑量監測實驗裝置是一種小型能譜儀-輻射量測定器，由保加利亞科學學院研制。它包括1個厚度為0.3mm、質量為0.1398mg的半導體探測器，1個電荷靈敏前置放大器和2個微控制器。

小型合成孔徑雷達

小型合成孔徑雷達能對月球全部永久陰影區成像，識別于燥月球表面上可能存在的水冰。該系統具有散射和輻射兩種工作模式，傳輸方式為右旋圓極化，接收方式為左旋和右旋圓極化。小型合成孔徑雷達由美國約翰斯-霍普金斯大學應用物理實驗室和美國海軍航空戰術中心研制，質量為6.5kg，工作在2.38GHz，分辨率為75米/像元。

月球礦物學繪圖儀

月球礦物學繪圖儀能繪制高分辨率的礦物組成圖，有助于人類更好地了解星體的早期演化。另外，它也能提供用于評估月球資源的高分辨率圖像。月球礦物學繪圖儀的主要科學目標是在月球地質演化的背景下描述月球表面的礦物學特性，并在此基礎上繪圖;主要探測目標是評定月球礦物資源并繪制高空間分辨率圖像，以支持未來的任務。為了實現上述目標，月球礦物學繪圖儀將精確測定巖石及其他礦物的診斷性吸收特征，獲得的高空間分辨率數據用于反卷積分析礦物組成，評估月球地質的文脈和運動過程。

月球礦物學繪圖儀是一臺質量約為7kg的推掃成像光譜儀，由布朗大學和美國航空航天局噴氣推進實驗室研制它裝有二維汞鎘（HgCdTe）探測器陣列，工作波長為0.7~3.0um，空間分辨率為70米/像元，平均功率約為13W。

探索發現

2009年8月6日，印度空間研究組織官員稱，“月球初航”1上的大部分儀器已經完成了它的工作，包括月球礦物繪圖儀。美國航空航天局已經在8月3日展示了一張由距離月球表面200千米的月球礦物繪圖儀拍攝的圖像。月球礦物繪圖儀是由NASA設計的成像光譜儀，它可以提供整個月球表面高空間分辨率與高光譜分辨率的地圖，研究月球的起源。

2009年8月29日，印度空間研究組織在一份聲明中說月船一號’在月球軌道成功運行312天，繞月3400圈，向地面指揮中心提供大量信息，完成大部分預定目標。”月船一號主要任務是探測氦－3。氦－3在地球上儲量很少，但在月球上儲量豐富。它是未來核聚變技術的重要能量來源。

2009年9月24日，《科學》雜志上發表美國航空航天局的月球礦物制圖儀（M3）發現了月球上存在水分子。M3于由“月球初航”-1送入太空。NASA卡西尼號上的可視紅外繪圖儀（VIMS）和EPOXI探測器上的高分辨率紅外成像儀收集的數據證實了M3的發現。運行在月球軌道上的M3利用最先進的分光計測量到了月球表面紅外波段的反射光。這個分光計可以將月球表面的光譜分解得足夠細，從而在更具體的水平上觀察月球表面的組成。當M3科研工作組分析從儀器上得到的數據時，他們發現月球表面吸收光的模式符合水分子和羥基的吸收模式。科學家認為月球上水的來源可能有三種:一是來自撞擊月球的彗星或小行星;二是撞擊事件釋放出了月表下面的水;三是攜帶氫原子的太陽風，氫原子與月球土壤中的氧原子結合之后形成水。“”的觀測結果證實了月球水源形成的第三種可仗能。

2010年3月1日，“月球初航-1”攜帶的NASA微型合成孔徑雷達傳回數據的研究，科學家們在月球北極附近發現了冰狀沉積物。科學家一共在在超過40個的小型隕石坑內發現了水冰。這些隕石坑的直徑從2km到15km不等。因為冰的總量依賴于隕石坑內冰的厚度，所以初步估計可能至少有60億噸水冰。