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“嫦五”奔月倒计时,中国为何要去月球“挖土”?

juzi 2020-11-24 19:48:07 资讯 68420℃

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  随着时间进入11月下旬,我国即将择机发射本国首颗能返回地球的落月探测器——“嫦娥五号”。中国国家航天局指出,借助“嫦娥五号”,我国即将实现嫦娥工程无人探月部分的最后一个阶段——采样返回。届时,“嫦五”将自主完成月壤采集,将月球样品带回地球。

  目前,“嫦娥五号”探测器已进入发射准备阶段,该探测器全重8.2吨,由轨道器、返回器、着陆器、上升器四个部分组成,将由我国目前推力最大的“长征五号”运载火箭从海南文昌航天发射场发射。

  据悉,两者已完成技术区总装测试工作,并已于11月17日垂直转运至发射区。后续,在完成火箭功能检查和联合测试等工作并确认最终状态后,火箭将加注推进剂,按程序实施发射。

  月壤资源丰富

  回溯中国探月工程(亦称嫦娥工程)的历程,其整体可分为无人探月(“探”)、载人登月(“登”)、长久驻月(“驻”)三大步骤。其中,探月计划又分为“绕”、“落”、“回”三个阶段。

  最后一步“回”便是即将开始的月球采样返回,这便是此次“嫦五”的任务,其中光是如何在月球表面自动采样一步便极具挑战性。美国的阿波罗计划是通过载人登月的方式,从月球表面人工采样带回地球,而此次中国则是要实现在月球表面由无人探测器通过铲取、钻取两种方式,自主完成月壤采集。届时,中国也将成为继美国与俄罗斯之后,第三个实现月球采样返回的国家。

  人类对月球“挖土”的执著始于20世纪60年代末至70年代初。美国阿波罗计划先后于月球表面采集了2315块样本,带回了总计约380千克的月岩与月壤。苏联则通过月球计划16、20和24号任务,总共携返约324克的月岩与月壤。这些样本对人类对月球地质演化的破译起到了十分宝贵的作用,在此后产生了大量的科研成果。我国此次将从月球上采集重达2千克的月壤或月岩样品。

  英国广播公司(BBC)此前报道称,月壤中存在大量对于地球来说十分宝贵的矿产资源,如稀土以及氦-3,其中锆等稀土则是作为高科技产品必不可少的材料,而氦-3是未来清洁、高效核能源的关键。航天技术著名学者黄志澄向澎湃新闻(www.thepaper.cn)指出,在核聚变反应中,氢的三种同位素与氦-3聚变释放出的能量是所有核聚变反应中最大的,因此氦-3是核聚变最理想的燃料,“倘若我们此次成功完成采样返回,我国就可对月壤内的氦-3含量有一个明确的概念,也可就此作出是否要进一步开发的决定。”

  与此同时,对月壤的研究还可以为人类未来在其他太空领域的探索打下基础。美国航天局肯尼迪航天中心曾于2019年8月表示,研究团队计划启动研发一种可将月壤熔化并转变为氧气的设备,为未来的月球和火星探索提供可持续的资源支持。美国航天局局长吉姆·布里登斯廷2020年9月10日在宣布将向私营公司收购来自月球的尘土、岩石等资源时便坦言道:“太空资源是安全和可持续月球探索的关键”。

  据英国《卫报》此前消息,根据美国太空总署的收购价格,50克至500克月球采样大约在1.5万至2.5万美元(约合人民币9.85万元至16.42万元)。

  “假使我国将来要在月球建立临时科学站,或者是建立定居点,那么届时我们也需要对月球上的资源进行普查。若是现在就对其进行研究,未来或许便可在开发月球的过程中就地取材——直接在月球上开采资源并加以利用。”黄志澄说道。

  “挖土”助力研究月球历史

  此外,由于月球没有大气和板块运动,太阳粒子活动为便会在月壤中留下证据。通过对月壤组分的分析,科学家就可以了解各时期太阳活动的变化,如2019年6月,美国航天局的研究人员就曾通过对月壤与地球土壤的对比研究探索太阳历史,并依此就地球生命的演化过程提出假说。

  此次“嫦五”出征的预选着陆地区也很有特色,具有较高的研究价值,其预计着陆地为月球正面风暴洋西北部吕姆克山脉附近的月海平原,是一个与以往美国阿波罗计划和苏联“月球”号任务采集月壤时完全不同的新地点,此前从未有其他国家的探测器到访过。风暴洋相对较年轻,富集铀、钍、钾等放射性元素,该地存在大约13亿至20亿年前的玄武岩,获得这些年轻玄武岩的同位素年龄,将有助于推进对月球火山活动和演化历史的认识。

  世界权威学术期刊《自然》11月5日也曾刊文指出,“嫦娥五号”的此次采样工作可以填补科学家对月球火山活动研究的一个重要空白。此前对美苏获取月壤样品的研究表明,月球上的火山活动在35亿年前达到顶峰,然后减弱并停止。

  不过,对月球表面的观测发现,某些区域可能含有最近10至20亿年前才形成的火山熔岩,这与嫦娥五号此次着陆的风暴洋的年龄相仿。假使嫦娥五号采回的样本可以证实这段时间月球仍在活动,那么这将改写月球的历史。

  多位航天专家指出,此次任务将有望实现中国航天史上的四个首次,即:首次在月球表面自动采样,首次从月面起飞,首次在38万公里外的月球轨道进行无人交会对接,首次带月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

  “此次任务最大的难点就是采样返回。”黄志澄告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn),“之前美国阿波罗计划都是有人在月球表面开展采样工作的,在有人现场操控的情况下搞采样返回的困难相对无人要小。鉴于此次任务没有载人,所以我们既要准确地定位,又要提前设置好无人交会对接等关键步骤的时间点,这要求我们每项技术都要完整过关。此外,由于航天器将以第二宇宙速度返回地球,故在此过程中航天器的防热技术也将经受考验。”

  “正因如此,我们因对此次‘嫦五’任务给予充分的期待,因其若获得成功,那么将成为中国走向航天强国的重要标志。”黄志澄向澎湃新闻表示。

  澎湃新闻记者 胡甄卿 实习生 李依农

  (实习生金世元对本文亦有贡献)

【编辑:田博群】

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