北京大學地球與空間科學學院教授焦維新: 月球正在遠離我們

焦維新

嫦娥五號飛船於11月24日成功發射。24日上午，廣州日報全媒體記者就嫦娥五號登月專訪了航天專家、北京大學地球與空間科學學院教授焦維新。焦維新表示，這次嫦娥五號登月將面臨3大難點，為避免返回時超過一萬攝氏度的高溫和巨大的過載加速度對返回艙造成損害，返回艙將採取「打水漂」地方式穿過大氣層。而中國此前已經做了相關的實驗和周密的準備，焦維新對於飛船的成功返回非常有信心。

焦維新還透露，目前我國正在緊鑼密鼓地為載人登月做各項準備。其中關鍵的兩項任務是研製超過70噸推力的大型火箭和適合登月的飛船。

月球正離地球越來越遠

廣州日報：從目前來看，月球是如何形成的？

焦維新：月球形成目前有兩種比較重要的假說。第一種假說認為月球是因為撞擊形成的，40多億年前，地球形成的初期曾被一個與火星大小相當的撞擊，撞擊形成了一個巨大的圍繞地球轉動的碎片群，經過漫長的演變，這些碎片群匯聚到了一起，最終形成了月球。這種說法的根據主要是地球和月球的礦物成分相似度比較大，當然，人類也發現了月球上的一些礦物成分地球上沒有，但這種假說目前還是比較盛行的。而第二種假說則認為地球和月球是同時形成的。

究竟月球是如何形成的，誰也說不清楚幾十億年前的事情，目前看，地球和月球的「年齡」都約有45億年了。

廣州日報：如果地球離開月球，地球會怎樣？

焦維新：地月系統是相互作用的，月球對地球的影響主要在潮汐力。地球上的海水一天會有兩次漲潮和落潮，這是月球引力產生的。長期的潮汐力作用，也讓地球的自轉放慢了，幾十億年前，地球的自轉周期比較短，只有幾個小時，潮汐力慢慢地讓地球自轉放慢，這讓地球上的火山、地震活動和地球形成初期比顯著減少。

當然，地球、月球的相互作用，正讓月球逐漸遠離地球。地球、月球這兩個物體的質心（質量中心簡稱質心，指物質系統上被認為質量集中於此的一個假想點）目前還在地球內部，但幾十億年後，質心會離開地球，處在兩者之間。

用「打水漂」方式進入大氣層

廣州日報：這次嫦娥五號的發射，主要的難點有哪些？

焦維新：這次探月和前幾次相比，難度是最大的。具體的難點有這3個。第一是取樣，以前嫦娥三號、嫦娥四號飛船也在用儀器對月球表面探測。這次取樣有兩種方式，第一種是用機械手，在月球表面取樣，說得通俗點，就是用一個小鏟，在月球表面鏟一些物質進行研究。第二種取樣方式就是鑽探取樣，鑽探2米深，取出不同深度的樣品進行研究，這樣，我們研究月球的構成就更深入了一步。

取樣之後，樣品還要放回登月艙，登月艙有兩大部分構成，一是下落機、二是上升機。下落機的作用和嫦娥三號、嫦娥四號一樣，保證登月艙能夠安全平穩地落到月球表面。當樣品放回上升機後，上升機就要和下落機分離。上升機是帶著火箭的，火箭點火，飛離月球表面，這在中國以前探月過程中是沒有操作過的。

第二個難點是月球軌道上的交會對接。上升機起飛後沒有能力直接飛回地球，需要環繞月球運動，跟嫦娥五號的軌道器在月球軌道上交會對接。雖然此前神舟飛船、天宮實驗室進行過多次交會對接，但那都是在近地軌道上的。近地軌道的教誨對接，我們能夠通過在地球上的遠洋實驗室、測控站等精密地找準神舟飛船、天宮實驗室相互的位置，幫助它們成功的交會對接。

可是在38萬公裡外的月球，要成功交會對接就完全靠著軌道器和上升機的「聰明才智」，互相捕捉對方的位置，實現自主交會對接了。這在技術上對我們來講也是挑戰。

第三個難點在於成功返回。交會對接後，月球的樣品將放到返回艙裡，在推進器的幫助下加速離開月球的軌道，進入到地月轉移軌道，再進入地球大氣層。當返回艙接近地球大氣層時，返回艙要和推進器分離，返回艙進入大氣層後，速度將接近第二宇宙速度11.2km/s，如果物體以這樣大速度進入大氣層，將會遇到兩大問題，一是和大氣層劇烈的摩擦生熱。根據前蘇聯登月返回器的相關數據，表面溫度將達到10000多攝氏度，這對返回艙的材料和熱防護無疑帶來巨大考驗。此外返回艙所要承受的過載加速度也非常大，以前神舟飛船返回時，最大的過載加速度也就是5個g左右，這次返回將達到十幾個g，要解決這個問題，我們也有辦法，就是讓返回器不是「一個猛子」扎入大氣層，而是採取類似「打水漂」的方式。進入大氣層之後，調整一些技術參數，讓返回器先下降、再上升、再下降，就是打水漂的石子，當最後真正進入大氣層時，返回艙的參數就和神舟飛船返回地球時的情況差不多了。

我們已經掌握了該技術，幾年前我們做了一個試驗衛星，先讓衛星進入環繞月球的軌道，然後離開月球，再按照這樣的速度進入地球大氣層，最後採用「打水漂」的方式穿過大氣層返回，實驗結果和我們預計的理論模型非常接近，所以我覺得返回器成功返回的可能性非常大。

懸停技術和美蘇有不同

廣州日報：我們取月壤返回地球的主要意義是什麼？

焦維新：月球車雖然也可以在月球上進行化驗和研究，但月球車可以攜帶的儀器數量和大小都有限制，但帶回地球，我們就可以利用地球上的多種高精密儀器化驗出月壤的成分。不僅可以化驗出月壤的元素，還可以化驗出這些元素還有哪些同位素。但在月球上檢測，我們就檢測如此詳細。

廣州日報：其他國家研究月壤後，目前有哪些發現？

焦維新：月球上各個地方的物質構成是不同的，我們這次選擇的著陸地點是朝向地球這一面，一個叫「風暴洋」的月海附近的一座山。這座山以前可能是一座火山，在這座山周圍著陸，採樣得到的成分和別的地方可能就會不一樣了，更具有科學價值了。

以前人們沒在這個區域著陸。這對我們研究月球和月球的演化是很有幫助的。

廣州日報：我們在登月和返回的技術上，和美國、前蘇聯有哪些不同？

焦維新：總體來說，各國在這方面的技術是大同小異的。但因為我們起步晚，和美蘇並不一樣。比如我國在著陸技術上，就有懸停的新科技。這樣在著陸時就可以看一看下面的情況，避免落到隕石坑或大的石塊上。如果下方不安全，可以水平移動，再落下到安全的位置，因此在大的技術上，我們和美蘇還是有一些不同，但基本方式還是一致。

廣州日報：為何現在大家又重新燃起了對於月球的興趣？

焦維新：儘管目前人類發射探測月球的飛行器已經超過100顆，地外天體，人類對於月球探測次數是最多的，但對於星體的認識，僅僅發射這些探測器是不夠的，人類對於地球的奧妙尚且沒有完全清楚，更何況月球。很多學者對於月球上物質含量都是估算，沒有實地進行精確測量，只根據一些假定參數來推算，這都是不準確的。

正緊鑼密鼓為載人登月做準備

廣州日報：我們在載人登月方面何時能取得成功，我們的登月技術在國際上處於何種地位？

焦維新：目前我們所掌握的技術為我們載人登月打下了基礎，在返迴環節，我們如果沒能取得成功，或者沒有把握，我們不會把航天員送到月球。載人登月的技術要求更加複雜，因為人上天以後，我們更要絕對保證安全，技術的可靠性和完整性要求更高，對運載火箭的能力更高，目前我們火箭的運載能力是25噸，我們也在為載人登月做技術準備，最重要的兩件事，一是設計更合適的載人飛船，美國的阿波羅飛船有指令艙、登月艙、下落機、上升機，這個飛船的系統要比我們原來的神舟飛船大得多，複雜得多，目前這個新的飛船已經研製成功，正在做一系列的實驗，讓技術更完整、可靠。二是設計更大推力的火箭，將來我們搞載人登月，推力就要達到70噸以上。我們現在正在緊鑼密鼓地為載人登月做準備工作。

廣州日報全媒體文字記者武威

廣州日報全媒體圖片記者武威

廣州日報全媒體編輯 蔡凌躍