長徵五號重800多噸 嫦娥五號重8噸 為什麼只挖2公斤月壤呢?

本文參加百家號＃科學了不起＃系列徵文賽。

這些天來，嫦娥五號一直牽動著無數國人的心，人們翹首以盼。嫦娥五號任務作為目前嫦娥工程最複雜的一次任務，也是收官之戰，寄託著無數國人的希冀和對月球的嚮往。

關注度越大，關注人越多，對於嫦娥五號的相關問題也就越多。這不，就有網友質疑：去一次月球那麼難，為什麼長徵五號起飛重量達800多噸，嫦娥五號重量達8噸，卻只挖兩公斤月壤呢？怎麼不多挖點？

引言

從1969年到1972年，美國六次阿波羅計劃，共從月球表面上帶回了總重量約為381.7公斤的月球巖石和其它沙塵等樣本。刨除沙塵、巖芯等樣本，單單統計巖石，也有268公斤。

其中，阿波羅11號帶回來50顆巖石，重量9685.717克；阿波羅12號帶回來49顆巖石，重量27683.04克；阿波羅14號帶回來151顆巖石，重量28629.81克；阿波羅15號帶回來267顆巖石，重量58578.16克；阿波羅16號帶回來544顆巖石，重量70069.321克；阿波羅17號帶回來355顆巖石，重量73712.513克。總計收穫11396顆巖石，總重量為268357.561克。（這個數據是統計巖石的數據，下圖為總體樣本的數據，讀者朋友可以對照來看）

通過數據，我們可以清晰地發現，美國阿波羅計劃每次任務採集的月巖，都比嫦娥五號採集的多，那為什麼美國能採集這麼多，而中國現在暫時做不到呢？

長徵五號運載能力有限

眾所周知，土星五號運載火箭是歷史上最大的火箭，前無古人是肯定的，後面有沒有來者就不知道了，反正美國直到今日也沒再造過。

土星五號

土星五號身高110.6米，直徑10.1米，質量3039噸，共有3級，它的定位是不可重複使用的超重型運載火箭，近地軌道有效載荷能達到119噸。

長徵五號，暱稱胖五，身高56.97米，直徑5米，質量867噸，火箭級數根據任務不同會有變化，它的定位是可/不可重複使用的重型火箭，近地軌道有效載荷能達到25噸。

胖五

從基礎條件來看，土星五號就已經碾壓胖五。不過這個不能怪胖五，土星五號確實比世界上其它運載火箭都厲害。它從1967年首飛至今，依然保持著最大運載能力火箭的世界紀錄，也是同時期美國第二強火箭土星1號B和蘇聯同時期最強火箭質子-K運載能力的7倍，即使放到21世紀，也是近乎碾壓的存在，它也是21世紀最強火箭重型獵鷹的2倍運力。

取土並不一定越多越好

我們都知道，在1978年，美國在與中國即將建交之際，向中國贈送了1克月巖。

雖然很多人都表示美國太小氣了，只有區區一克，太扣扣索索了，但實際上這一克月巖意義重大。

根據對月巖的結構構造、成分分析、巖石學、礦物學、月巖的衝擊效應、10多種主要元素、30多種微量元素和月巖所處的物理化學環境等的分析和研究，在工作中採用了掃描電子顯微鏡、電子探針、質子激發X射線、放射化學分離中子活化分析、儀器中子活化分析、快中子活化分析、火花源質譜、穆斯鮑爾譜、電子能譜及熱釋光等先進的手段，開展了多學科的綜合研究。而這一過程也被生動地記錄在相關論文中。

研究月巖（壤）能夠讓我們理解月球自身的地質歷史和演化，推測其它類地行星的演化，估算太陽系各行星的隕石坑年齡及地殼年齡。此外月壤當中有著很重要的燃料氦-3，氦-3是一種非常好的核聚變材料，月球上氦-3的儲量大概有100萬到500萬噸，而地球上僅僅只有15噸左右，這麼強烈的對比，這麼大的量，這麼多的能源儲備非常誘惑人。

月球上氦-3分布圖

這小小一克月巖，就讓我國的科學家們作出了10多篇論文，歐陽自遠院士對月巖展開深入研究，後來成為了「嫦娥之父」、中國月球探測首席科學家。而月巖對世界上其它科學家同樣有著十分重要的作用。

歐陽自遠院士已85歲高齡

截至2015年，各地的科學工作者利用阿波羅帶回的巖石等資料，總共發表了超過2500篇科學論文。現在NASA的外星物質管理與分析計劃小組（CAPTEM）每年會批准大概100人次的訪問需求，另外還會收到來自全球100多個實驗室的樣本研究請求，每年會有500個左右的樣本最終用於外借給其它實驗室做研究或教學。如果要借的月球樣本少於10克，樣本庫會通過掛號信直接寄給國內實驗室，或者用特殊方式寄到國外的實驗室。如果大於10克，通常會要求研究人員或指定代表來實驗室帶走。

我們可以看到，僅僅是一克月巖，就發揮了如此大的作用，更不用說兩千克了。兩公斤的量已經足夠實現技術驗證、採樣科研等，附帶提升國際聲望，還可以送一部分給友好國家用作科研。

都希望多取點月壤，但為了嫦娥五號的整體計劃能夠順利完成，少取點就少取點，完全夠用！

第一次取土以穩為主

如果想多取點土，那麼勢必會影響到採集器的大小。以2公斤的採集量來設計嫦娥五號探測器，其總重量就達到了8.2噸。再增加的話，一方面總重量會增加，另一方面體積也會增加，進一步影響到整個設計層面，影響探測器的各個指標，推進器會增加，燃料使用也會變多。到了一定程度，就會超出火箭的運載能力。

嫦娥五號探測器

大家都知道，嫦娥五號是我國最複雜的航天任務，從嫦娥五號從發射入軌到返回器再入回收，共經歷11個飛行階段：發射入軌階段、地月轉移階段、近月制動階段、環月飛行階段、著陸下降階段、月面工作階段、月面上升階段、交會對接與樣品轉移階段、環月等待階段、月地轉移階段和再入回收階段。有這麼多繁瑣的階段，如果探測器太過龐大，不利於這些任務的順利完成。

11個飛行階段

此外，印度、以色列等國探月失敗的前車之鑑，也讓科研人員更加警醒，月球探索依舊困難重重。對比蘇聯獲得的月壤樣本，他們第一次只取了101克的土，通過「月球16號、20號、24號」三個無人探測器取回共326克珍貴的月壤。在橫向比較中，在無人月球探測器取土這一方面，中國絕對是處於世界領先地位。

印度月船2號在距月球2.1公裡時失聯

雖然我國有過好幾次軟著陸的經驗，但這次畢竟要「帶土返回」，任務複雜程度不可同日而語。而作為收官之戰，自然以穩為主，不管挖多少土，能夠順利帶回來就是成功了！

總結

前不久「奮鬥者」號在馬裡亞納海溝成功坐底，深度達到10909米，不僅僅只是到達海底，更是進行了多種相關海底實驗，為我國深海探測取得了不少一手資料，加深了實踐經驗。

而今朝長徵五號成功發射，將嫦娥五號送入指定軌道，進行一系列的月球探索相關活動，將開啟我國首次地外天體採樣返回之旅。時隔44年再次去月球挖土，寄託的不僅僅是廣大國人的期盼，更承載著全人類對於月球探索的希冀。

嫦娥五號和奮鬥者號都是中國科技的集大成者，展現了我國科研人員的風範。從無到有、從零到一，他們不僅僅沉心科研、幾十年如一日，還面臨著國外的技術封鎖、求學無門，但是這些困難都被一一克服，感謝背後的科技工作者們，讓我們一次次地為祖國的發展和進步感到自豪！

可上九天攬月，可下五洋捉鱉，談笑凱歌還。祝願嫦娥五號早日凱旋！據了解，月壤中的一份將保存在湖南，相信這也是對毛主席的一種告慰。

這盛世，如您所願！