焦維新

【開欄的話】浩瀚太空中，印刻著一個(gè)個(gè)閃亮、瑰麗、值得銘記的名字。我們開設(shè)“太空群星”欄目，聚焦那些留名宇宙的人，透過他們的故事，看孜孜以求的探索精神如何照亮人類前進(jìn)的道路。

4月24日，“中國人登月”傳來最新消息：我國第四批航天員選拔即將完成。他們?nèi)腙?duì)后將和現(xiàn)役航天員一起，實(shí)施空間站后續(xù)任務(wù)，并實(shí)現(xiàn)中國人登陸月球。

或許很多人不知道，月球背面的艾特肯盆地有一個(gè)隕石坑，叫卡門隕石坑，是以美國著名航空航天專家馮·卡門的名字命名的。為什么以他的名字來命名？為什么又說這個(gè)隕石坑內(nèi)有多種中國元素？為了弄清這兩個(gè)問題，我們首先介紹一下卡門。

卡門1881年出生于匈牙利布達(dá)佩斯，1963年卒于德國亞琛，是一位在航空航天領(lǐng)域有開創(chuàng)性貢獻(xiàn)的美國研究工程師。他27歲時(shí)獲得博士學(xué)位，49歲受邀擔(dān)任美國加州理工學(xué)院古根海姆航空實(shí)驗(yàn)室的主任。兩年后，他又成為美國航空科學(xué)研究所的創(chuàng)始人，對(duì)流體力學(xué)、湍流理論、超音速飛行、工程數(shù)學(xué)、飛機(jī)結(jié)構(gòu)和土壤風(fēng)蝕等研究作出了重要貢獻(xiàn)。

1940 年，卡門首次證明設(shè)計(jì)穩(wěn)定、長壽命的固體推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是有可能設(shè)計(jì)出來的。此后不久，著名的噴氣輔助起飛火箭的原型就建成了。這成為當(dāng)今遠(yuǎn)程導(dǎo)彈所使用的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的原型。

次年，卡門參與創(chuàng)立了美國第一家液體和固體推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司。幾年后，他開始負(fù)責(zé)美國第一個(gè)政府遠(yuǎn)程導(dǎo)彈和太空探索研究計(jì)劃，并擔(dān)任噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的第一任主任。

美國第一架使用固體和液體推進(jìn)劑火箭輔助起飛的飛機(jī)、僅使用火箭推進(jìn)劑的飛機(jī)、用于自燃的液體推進(jìn)劑……這些重大成功背后，都離不開卡門的貢獻(xiàn)。后來，在他的助力下，美國建成了阿波羅飛船的指揮艙和月球游覽艙。1963 年，美國總統(tǒng)肯尼迪向他頒發(fā)了第一枚國家科學(xué)獎(jiǎng)?wù)?。我國杰出的科學(xué)家錢學(xué)森是他最著名的弟子之一。

在卡門的一生中，加州理工學(xué)院、美國空軍阿諾德工程開發(fā)中心和比利時(shí)圣杰內(nèi)修斯羅德北約流體動(dòng)力學(xué)研究所的實(shí)驗(yàn)室均以他的名字命名。

還有一件有很大影響的事，根據(jù)他的研究成果，人們把距離地球表面100公里處定義為航空與航天的分界線，稱為“卡門線”。

馮·卡門。（資料圖）

卡門隕石坑內(nèi)的中國元素。

“卡門線”是基于物理現(xiàn)實(shí)的，粗略地標(biāo)記了傳統(tǒng)飛機(jī)無法再有效飛行的高度。任何在“卡門線”以上飛行的物體都需要一個(gè)不依賴于地球大氣層產(chǎn)生的升力的推進(jìn)系統(tǒng)——那么高的地方，空氣太稀薄了。換句話說，“卡門線”是控制飛行器飛行能力的物理定律發(fā)生變化的地方。當(dāng)前，國際上有一些公司在開展亞軌道太空旅行。飛行器是否進(jìn)入了太空的標(biāo)準(zhǔn)，就是看是否飛過了“卡門線”。從上面介紹的內(nèi)容可以看出，卡門在航空航天領(lǐng)域確實(shí)作出了重要貢獻(xiàn)。難怪在1970年，月球上的一個(gè)隕石坑被命名為卡門隕石坑。

那么，卡門隕石坑是一個(gè)什么樣的隕石坑呢？

卡門隕石坑位于月球南極—艾特肯盆地西北部，是整個(gè)太陽系中最古老的撞擊坑，年齡大約為36億年，其保存了原始月殼的巖石，并可能含有水，具有極高科學(xué)研究價(jià)值。經(jīng)過數(shù)十億年，卡門隕石坑形成了較為平坦的中心平原，直徑186公里，深度3公里。著陸區(qū)內(nèi)風(fēng)化層厚度最高可達(dá)到7.5米，最薄的地方大約為2.5米。

卡門隕石坑被認(rèn)為是未來載人著陸的一個(gè)有價(jià)值的目標(biāo)。這個(gè)隕石坑是什么時(shí)候形成的？那些火山構(gòu)造是什么？這些都是令人關(guān)注的問題。

再來講講為什么卡門隕石坑有重要的中國元素。主要理由有兩方面，一是中國的嫦娥四號(hào)在卡門隕石坑進(jìn)行了著陸探測(cè)，二是著陸點(diǎn)附近的一些特征結(jié)構(gòu)是中國命名的。

2018年12月8日，中國發(fā)射了嫦娥四號(hào)探測(cè)器，并于2019年1月3日成功在卡門隕石坑著陸。由于著陸器在月球背面，月球阻礙了與地球的直接無線電聯(lián)系，因此使用中繼衛(wèi)星進(jìn)行通信。著陸器的凈質(zhì)量為1200公斤，攜帶了月球車和實(shí)驗(yàn)裝置，包括低頻無線電光譜儀、登陸相機(jī)、地形相機(jī)等，開展了月表中子與輻射劑量測(cè)定實(shí)驗(yàn)和生物實(shí)驗(yàn)。目前，嫦娥四號(hào)仍在正常工作。最近發(fā)射的鵲橋二號(hào)中繼星作為探月工程四期后續(xù)任務(wù)的關(guān)鍵一環(huán)，將架設(shè)地月新“鵲橋”，除了為即將發(fā)射的嫦娥六號(hào)任務(wù)提供地月間中繼通信外，也將為嫦娥四號(hào)提供這項(xiàng)任務(wù)，因?yàn)轾o橋一號(hào)衛(wèi)星使用時(shí)間太長了。

2019年2月15日，在中國國家航天局、中國科學(xué)院和國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)舉行的聯(lián)合新聞發(fā)布會(huì)上，中國科學(xué)家宣布，嫦娥四號(hào)月球探測(cè)器在月球背面的著陸點(diǎn)被命名為“天河站”。“天河”這個(gè)名字來源于中國對(duì)銀河的稱呼，在民間故事中，牛郎織女隔著“天河”相望。同時(shí)，天河在中文中又有“開創(chuàng)天之先河”之意，與嫦娥四號(hào)實(shí)現(xiàn)世界首次月背軟著陸及巡視勘察的歷史地位相符。

著陸點(diǎn)周圍呈三角形排列的三個(gè)環(huán)形坑，則分別被命名為織女、河鼓和天津——它們是我國古代天文星圖“三垣四象二十八宿”中的星官，其中織女和河鼓屬于二十八宿的牛宿，天津?qū)儆诙怂薜呐蕖Ｖ扅c(diǎn)所在卡門隕石坑內(nèi)的中央峰被命名為泰山。這些都是由我們中國人在月球上提出的屬于中國自己的命名，特別有意義，是我國月球探測(cè)工程科學(xué)數(shù)據(jù)成果在月球地理實(shí)體命名上的一次重要應(yīng)用。

馮·卡門這個(gè)名字，早已和人類的航天事業(yè)密不可分。而在他去世半個(gè)多世紀(jì)后，因?yàn)橹袊奶皆鹿こ?，他的名字又再次進(jìn)入到國人關(guān)注的視線中——遙望夜空，月球離我們并不遙遠(yuǎn)。

（編審?張勉）