【知識】航天大國為啥都要千裡迢迢去月球「挖土」?

2020-12-24 澎湃新聞

42年前今天

美國贈給我國1克月壤

只有黃豆般大小

還要用放大鏡放大

如今

我們自己從月球帶回1731克月壤！

說到月球採樣，就不得不提到上個世紀六七十年代美蘇之間的「月球挖土競賽」了，當時到底發生了什麼？為何登月之後沒有下一步動作？讓我們一起來看一下，那些年月球採樣背後的故事。

激烈的頭名之爭

「二戰」過後，美、蘇兩國各自從德國獲得了一批火箭專家，並從此開啟了本國的航天事業。

當時，蘇聯急欲在科技方面壓倒如日中天的美國，因此對航天技術的重視遠高於美國。當美國時任總統艾森豪還在糾結如何從國防開支中省下航天技術經費時，蘇聯早已大刀闊斧地向太空進軍了。因此，蘇聯不出意外地贏得了人類航天的好幾個「第一」。

這一系列「第一」嚴重影響了當時輿論，《紐約時報》更是悲觀地說，「我們的盟國會離我們越來越遠，因為旁觀者確信蘇聯就是未來霸主。這使得新任總統甘迺迪倍感壓力，只能選擇——向月球進軍。

於是，在加加林進入太空後的第三天，甘迺迪召開會議，討論載人登月的可行性，並隨後在國情諮文中首次提出「阿波羅計劃」，計劃於1967年實現月球往返，得到國會批准。

而此時的蘇聯也早有登陸月球的意願，更何況1967年是蘇聯建國50周年，蘇聯怎麼會坐視美國人在這樣大喜的日子裡搶走如此重要的一個「第一」呢？

於是蘇聯月球挖土行動緊隨其後，並於1964年出臺了《關於月球和宇宙空間考察工作的決定》。

至此，「月球挖土競賽」正式進入白熱化。

為了率先完成這一成就，美蘇都採用了「適度冒險」的策略，壓縮地面試驗數量與周期，而這不可避免地降低了飛行器的可靠性。

美國方面，阿波羅計劃出師不利。1967年1月，「阿波羅1號」意外起火，3名航天員遇難。

1967年3月，負責蘇聯航天員工作的卡曼寧說：「蘇聯將保證航天員的絕對安全。」然而，蘇聯的形勢更為嚴峻。

為了在阿波羅成功登月之前完成月球取樣並返回，蘇聯在1969年4月15日之後的一年中，連續開展了6次發射任務，卻均以失敗告終，錯失了拿到月球首個樣本的機會。

好在蘇聯有個比較好的習慣，就是只有航天發射成功後，太空飛行器才會有一個正式的命名。因此，即便連續失敗，大家如果只根據有名字的太空飛行器來看蘇聯航天的話，成功率還是很高的。

1969年7月20日，美國的「阿波羅11號」登月，月球挖土頭名的殊榮花落美利堅。

阿波羅11號飛船登月艙與太陽能電池板小車

雖然頭名已失，但蘇聯仍不願就此放棄，終於在1970年9月20日，月球16號探測器完成了月球表面的首次無人取樣，帶土回家。

不同的採樣方式

蘇聯的月球無人採樣思路和我國本次「嫦娥五號」基本一致，都是進入月軌後，向月球表面釋放由下降級和上升級組成的探測器，下降級位於探測器下部，負責制動、降落、採樣等。而且採樣不只是在表面抓一把土那麼簡單，為了儘量獲得更多數據，需要採集不同深度的樣品，為此，當時蘇聯採用了自動鑽孔機，通過在月球打洞的方式提取月壤樣品，但由於探測器本身不能機動，所以當像「月球20號」那樣不幸落在玄武巖上，就很難取到足夠的樣本了。取樣後，上升級負責將樣本送回月球軌道並返回。

但由於當時蘇聯還不具備在月球軌道中途進行對接的能力，因此不能像「嫦娥五號」一樣接力反回，只能靠上升級直接加速返航，這種方式無疑會攜帶大量燃料，這也是為什麼儘管蘇聯每個月球探測器噸位都不小，但採樣能力卻不大的原因。

相比之下，美國有人取樣的方式就靈活許多。美國的載人登月一方面返程的有效載荷可以更多，「阿波羅11號」就採回了22公斤月球樣本，是蘇聯整個登月計劃取樣的近70倍。

阿波羅16號飛船取回的月球巖石樣本

另一方面，載人登月採樣的方式和採樣地點也更為靈活。航天員在月球上活動時，可以使用鏟子和帶爪的探杆進行巖石標本收集，同時也會用鑽杆打洞的方式獲得內層巖芯。當然採樣地點也非常靈活，由於航天員可以在飛船附近自由活動，尤其「阿波羅15號」帶上月球車之後，甚至可以開車出去撿石頭，往返30公裡不是夢，大幅擴大了採樣半徑。

因此，單從採樣效果上來講，當時美國的有人採樣相對蘇聯的無人採樣有著絕對的優勢。

經過激烈的對決，美國雖然在月球挖土競賽取得了絕對成功，但也付出了很多。

美國的載人登月計劃包括三個階段，第一階段是「水星計劃」，目的是解決人類在外太空長期停留，以及從月球安全返航的問題，耗資約4億美元；第二階段是「雙子座計劃」，目的是解決太空飛行器對接、航天員太空行走等問題，耗資約12.8億美元；第三階段的「阿波羅計劃」才是研究載人登月問題，耗資約240億美元。總計260美元，按照美國6次成功登月算下來，平均每次登月的背後，都有接近40億美元在燃燒。

蘇聯方面登月的具體經費計劃目前尚未解密。但根據有限的公開資料，蘇聯在1966~1970年花在登月計劃的錢約為48億美元。相比之下，美國僅1966年一年，就為登月花了45億美元。

蘇聯採取無人採樣的方式造訪月球，儘管從挖土的重量上無法與美國的阿波羅載人登月計劃相比，但從解決「有」和「無」的角度看，無人月球採樣的方式更安全也更經濟，同時也為人類深入開展月球科學研究提供了新的方案。

不過，不論是更經濟抑或是燒錢，在當時，其成本都遠超國家經濟的常規負荷。因此，在兩國拼出勝負後不久，便不約而同地叫停了後續的月球探測計劃。

百搭的稀世珍寶

自古以來都是「物以稀為貴」，費了這麼大勁兒才採回來的月球樣本，從其落到地球的那一刻起，就變成了地球上「最昂貴」物件的象徵。

而貴重的物品，用來送禮再合適不過了。1978年，中美建交前夕，美國總統特使布熱津斯基訪問中國時，帶來的禮物就是一塊嵌在有機玻璃中的月球巖石，只不過重量才約1克。

除此之外，美國還先後向135個國家贈送過月球樣本，質量也都很小。國際社會對月球樣本的認可程度可見一斑。

從月球表面起飛的「月球16號」上升級，頂部的球體就是樣品返回艙

當然，除了饋贈，還可以拿來拍賣或者收藏。1993年，蘇富比拍賣行以44.25萬美元拍賣成交3塊由蘇聯「月球16號」於1970年採集的月球樣本，總重約0.2克，這意味著其均價達到了200萬美元1克。然而，這並不是其價值的巔峰。當這幾塊「天外之石」在2018年再次出現在蘇富比拍賣行時，其成交價增長至85.5萬美元，漲了接近1倍。

雖然月球樣本已經貴得離譜，但它們的價值仍然不是可以用錢來衡量的，更重要的是科研價值。同時其研究的過程也需要十分謹慎，除為了避免樣本受到汙染外，還有一個原因就是研究人員害怕月球樣本中存在類似「異形」的有害物種。

研究人員可以通過研究月壤中不同的成分，來獲得原始月球的物質組成、外來物質、形成時間等重要信息。截至目前的研究顯示，月球表面巖石中富含鐵、鈦、氧等元素，且初步分析其蘊藏著豐富的稀有金屬。更重要的是，科學家還在採集回來的樣本中發現了含量十分可觀的核聚變的理想原料氦-3，它很可能成為未來月球基地的重要能量來源。