人类望向月背的第一眼：只有一次机会

语宙

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《苏联早期月球探测器诞生记（三）》

作者：风千里

前两篇：

《60年前，人类第一枚奔月探测器呼之欲出》

《分秒必争：谁先奔向月球？》

“月球-2”在月球表面实现硬着陆，标志着苏联探月工程成功迈出了第一步。这一步虽然迈得曲折艰难，但并没有减缓人类探月的步伐，早在“月球-2”发射任务还在筹备时，科罗廖夫和他的ОКБ-1设计局就瞄准了月球背面。

在地球-月球系统长期的演变过程中，受地月之间潮汐力的影响，月球逐步被地球潮汐锁定（tide lock），从而导致月球在绕地运行过程中，始终只有一面朝向地球，而另一面我们从未得见。月背未曾揭开的神秘面纱为人类提供了丰富的想象空间，也吊足了人类的“胃口”。

一、E-2型探月器

为了“一睹月背芳容”——为月球背面拍照，科罗廖夫及其同事们所做的不再只是保证现有运载火箭发射的成功率，还要去解决更多的难题。

原有的E-1平台构造过于简陋，只能搭载一些结构简单的探测仪开展一些初步的科研工作；也只能进行奔月和硬着陆这种简单的任务……这样的E-1平台无法满足此次任务的要求，因此，ОКБ-1设计局需要重新设计一款月球探测器，接到设计局指令的马克西莫夫立刻拿出了新方案——E-2。

E-1型（包括月球1号与2号）月球探测器结构草图

相对于原有的E-1平台，新的探测器E-2在设计思想上有了新的飞跃。不同于E-1体内各种探测仪的简单堆砌，E-2是围绕摄像与传输系统而设计的平台，其中的太阳能电池板也能保证高耗能仪器的运行。不过ОКБ-1设计局的探月组也只是拿出了平台的设计方案，要成功拍摄月球背面，需要依靠三件核心设备：摄像系统、定向系统以及图像传输系统，对此设计局自己无力解决，只能求助其他科研院所。

第1关 摄像系统

要拍照，自然需要可靠的摄像系统。吉洪拉沃夫找到了位于列宁格勒、被称为“电视科学研究所”的第380研究所（НИИ-380）帮忙，该研究所所长彼得·布拉契拉维茨（Петр Брацлавец）领导的科研团队，在前不久刚刚研发出一套新型的摄像系统，被称为叶尼塞-2型（Енисей-2）。

该系统由一台双透镜照相机（采用200mm与500mm镜头，分别用来拍摄月面全景以及特写）、扫描器和处理单元组成。虽然整体技术水平与西方相比存在差距（比如扫描器依然采用老式的机械扫描技术），但成像效果可以满足实际需求。叶尼塞-3将安装在E-2探测器的前部，在探测器顶部开有专用舷窗以方便拍摄。该型拍摄系统的发展型在后来又被用于首次载人航天任务。

第2关 定向系统

不同于普通的天文拍摄，这次在太空为月背拍照，对探测器位置的精度要求近乎苛刻。此时ОКБ-1设计局还没有能力进行绕月飞行任务，所以首次月球背面拍摄任务只是要求探测器绕行月球背面完成拍摄后，就直接返回地球，并在返回过程中将图片转成信号传回地面。任务流程如下图所示：

E-2型探测器将执行的月球背面拍摄任务流程

这样的任务模式难度在于：探月器抵达目标位置开始拍摄时，需要月球背面恰好被太阳光照亮；而在返回地球时，探月器也要正好对准苏联，才能准确地将图片信号传回地面。而最要命的是整个任务中E-2只能绕过月球背面一次，这势必要求拍摄过程一气呵成，不能有丝毫的运行误差。

为满足如此高标准的任务要求，科罗廖夫亲自出马找到了自己的老相识，时任苏联科学院应用数学研究所（Института прикладнойматематики АН СССР）所长的克尔德什，从他那里挖来了控制工程专家鲍里斯·劳申巴赫（Борис Раушенбах，此人是一名伏尔加德意志人），由他组织队伍专为E-2设计了一套定向系统，该系统配有气体（氮气）推力装置用于控制探测器姿态，同时装有传感器以保证探测器相对地球、月球与太阳的方向定位。一旦探测器出现运行偏差，推力装置会立即启动，进而将探测器推回到预定方向。这套系统在当时具有划时代意义，日后被广泛应用在载人飞船的研发上。

第3关 图像传输系统

完成拍摄后，如果探测器不能把图片精确无误地传给地面，之前的所有工作都将付之东流，这就需要一套可靠的无线电传输设备。

为此ОКБ-1设计局又联系了研究无线电技术的第885研究所（НИИ-885）寻求支持。该研究所的副总设计师尤金·波库斯拉夫斯基（Евгений Богуславский）根据要求，采用当时新兴的晶体管研制了一套图片传输设备，当探月器返回地球时，该系统对拍摄的图片进行扫描，再转换成无线电信号。

分别负责拍摄系统，图片传输系统以及定向系统研制的专家劳申巴赫（左），布拉契拉维茨（中）和波库斯拉夫斯基（右）

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为了合理地在探测器内安放这些新设备，马克西莫夫在原有E-2平台的基础上进行了一些改动，推出了新的改型E-2A。不久，第一款E-2A型探月器E-2A.1装配完毕，与E-1型探月器圆球形的外观截然不同，E-2A更近似于一个大圆筒，全身布满了太阳能电池板，比E-1原型略重（280kg）。

E-2型月球探测器模型

在E-1.7（即月球-2号）还在ОКБ-1的厂房内做进一步调试时，这枚全新的E-2A型探月器就被运到了拜科努尔发射基地。由于E-1系列发射计划一再延误，导致计划中的E-2A.1与E-1.7的发射间隔将非常短，E-2A.1仅仅比后者晚2天。这样密集的发射显然让地面指挥中心分身乏术，这让E-2A.1的发射任务不得不推迟到10月4日。

二、月球背面的倩影

或许是E-1系列发射任务的屡次挫败，让ОКБ-1应对火箭故障有了足够多的经验；也或许是苏联人此时人品开始爆发， 8K72E火箭的运行非常理想，E-2A.1顺利进入奔月轨道。

E-2A.1（即luna 3）运行轨迹图，包含轨道平面

与E-1系列直飞月球不同，为实现精确绕行月球背面的目的，E-2A.1需要在一条倾角为55度的不规则近地轨道上缓慢划过，然后再飞向月球。在此期间，E-2A.1出现了热力控制系统故障导致的温度过高、信号变弱等棘手的技术问题，一度令地指中心的工作人员焦虑不安。但在科罗廖夫及其设计局核心人员亲赴拜科努尔进行一系列现场指导后，这些故障很快被排除。

至10月7日凌晨，E-2A.1顺利抵达距月球背面65200km的高空，此时月球背面正好处在太阳光的照射下。E-2A.1在定向系统的不断修正下，将镜头对准月面，启动摄像系统。在短短的几十分钟内拍下了29张照片，并同时进行冲洗和照片扫描等工作。此时兴奋的地指中心还没等探月器返回地球，就迫不及待的启动传输系统尝试将拍摄的图片传回地球，但过长的通讯距离让地面解析出的图片极为模糊，人们只能从图片上大致看到一个黄色的圆形图案。

10月11日，E-2A.1进入返回轨道，8天后的10月19日顺利抵达近地轨道，并开始正式向地面传输拍摄成果。此时它正对着苏联黑海地区。为了能顺利接受探月器发来的信号，苏联方面甚至对黑海地区进行严格的无线电管制。在E-2A.1传回的总共29张月球背面照片中，地指中心成功解析出了17张堪用的成片。向来只存在于人类猜想中的月球背面，在这一刻终于揭开了神秘的面纱。

E-2A.1传回的部分月球背面图片，分别为500mm镜头拍摄的特写与200mm镜头拍摄的全景

尽管这些照片看起来模糊不清、分辨率相当低，以此也仅能对月球背面的情况了解个大概，但这17份照片是人类首次进行月球背面拍摄的珍贵成果。依据这些粗糙的图像资料，人们首次发现月球背面不同于正面的地理特征：分布着高原与密集的陨石坑。

根据这些图片资料，位于莫斯科郊外的斯腾伯格天文研究中心（Государственныйастрономический институт им.П.К.Штернберга ）通过对照片细节的修正，制作出第一张较为清晰的月球背面图片，并发表在1959年10月27日的《真理报》上对外公布。1960年苏联科学院更是根据E-2A.1传回的数据，制作出第一幅月球背面地图。

苏联对外公布的第一幅月球背面照片与苏联科学院制作的人类首幅月球背面地图。由于是首次发现，苏联抢先命名了一批月球背面的陨石坑和平原，比如齐奥尔科夫斯基陨石坑，莫斯科月海等等。

创造历史的E-2A.1在1963年被苏联官方命名为“月球-3”号（луна-3），并以此名光荣地载入史册。在短短几个月内，苏联在探月工程上取得的一系列开创性成果令全世界艳羡不已，而此时美国探月工程所获得的成绩也仅仅是让探测器掠过月球表面，计划中的硬着陆、月表拍摄和绕月飞行等任务没有一项获得成功。此时的苏联和科罗廖夫麾下的ОКБ-1设计局毫无疑问地成为了人类探索月球的旗手。苏联探月工程的第一阶段任务也就此划上句号。

月球3号的成功再次让赫鲁晓夫兴奋不已，在1960年他受邀访问法国时，如前一年访美时一样压抑不住内心的炫耀欲望，兴致勃勃地向当时的法国总统戴高乐赠送了一台“月球-3”号的比例模型，借此再次向西方社会展示苏联强大的科技力量。

1960年访法期间，赫鲁晓夫向戴高乐展示“月球-3”号模型

当然，人类对月球背面的“胃口”，并不会止于这些模糊不清的照片，为了让月球背面更加清晰，科学家和工程师们在继续快马加鞭……（未完待续）

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第 221 期

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