40年前中國獲贈1克月球土壤,今嫦娥五號親登月球「挖土」

【編輯/周曉宇 統籌/王海榮】2020年11月24日4:30，中國首個月球採樣返回任務「嫦娥五號」在海南文昌發射場，搭乘長徵五號遙五火箭發射升空，奔赴月球。這是中國第六個月球探測任務，它不僅標誌著我國「嫦娥」工程將完成「繞、落、回」三部曲的第三階段目標，也意味著人類時隔44年將再次從月球帶回巖石和土壤樣品——上一次月球採樣返回任務，還是1976年蘇聯的月球24號。

長徵五號遙五運載火箭發射瞬間

「挖土」有魅力，美蘇都很拼

上世紀冷戰期間，美國和蘇聯都熱衷於去月球採樣。

1970年9月至1976年8月，蘇聯先後發射月球16號、20號和24號，開展了3次月球採樣返回任務，總共帶回326克月球樣品。

1970年9月12日，蘇聯發射了世界第一個無人月球採樣返回探測器——「月球16號」。它高約4米，底部直徑約4米，重5.8噸，由著陸器和上升器組成。

「月球16號」在月面軟著陸後，用自動鑽孔機採集月球樣品，然後把樣品封裝於返回艙內，接著上升器從月面起飛返回地球，最終返回艙於1970年9月24日在蘇聯境內著陸。它從月球豐饒海取回了一塊101克的小樣本。

1972年2月14日發射的「月球20號」與「月球16號」基本相同，但由於遇上了玄武巖，它只從月球阿波羅尼厄斯高地採集到了55克月球樣品。

「月球24號」於1976年8月18日在月球危海東南部軟著陸。其結構與月球16號、20號一樣，但它從2米深處挖取了月球巖，並總共從月球危海獲得了170克的樣品。

美國方面，1969年7月至1972年12月，通過阿波羅11號到阿波羅17號載人飛船實施了7次載人登月任務，除了阿波羅13號因發生故障中途返回，其餘6艘飛船皆完成登月，成功將12名航天員送上月球，共帶回月壤和月巖樣品約381.7千克。

阿波羅號曾直接送人上月球挖土

其中，阿波羅11號著陸在月球赤道附近的寧靜之海，選擇這個地點的原因是這裡比較平坦，便於飛船降落和太空人艙外活動；阿波羅12號與阿波羅14號均著陸在月球赤道平原上，前者著陸於風暴海，後者降落在位於距離阿波羅12號著陸地右側177公裡的哥白尼隕石坑；阿波羅15號著陸在月球北半球中部阿基米德隕石坑東南的亞平寧山脈腳下，而阿波羅16號則是人類第一次在月球赤道以南的中部高地西奧菲勒斯隕石坑附近著陸；阿波羅17號則在月球北半球的陶勒斯-利特羅山谷著陸，該地既可以從谷底採集較為年輕的巖石樣本，也可以從月球高地採集較老的巖石樣本。

為什麼要去月球上「挖土」

月壤中存在大量對於地球來說十分寶貴的礦產資源，如稀土以及氦-3，其中鋯等稀土則是作為高科技產品必不可少的材料，而氦-3是未來清潔、高效核能源的關鍵。與此同時，對月壤的研究還可以為人類未來在其他太空領域的探索打下基礎。

除此之外，月壤由月球巖石在遭受隕石撞擊、太陽風轟擊和宇宙射線輻射等空間風化作用後形成，其中有大量的月球巖石碎塊、礦物及隕石等物質。通過研究這些月壤物質，既可以了解月球的地質演化歷史，也可以為了解太陽活動等提供必要的信息。

上世紀美蘇探月帶回來的月球土壤樣本，對人類對月球地質演化的破譯起到了十分寶貴的作用，在此後產生了大量的科研成果。因此，中國作為航天大國，採集月球土壤帶回來做科學研究，勢在必行。中國也將成為繼美國與俄羅斯之後，第三個實現月球採樣返回的國家。

此次嫦娥五號的預選著陸地區為月球正面風暴洋西北部呂姆克山脈附近的月海平原，是一個與以往美國阿波羅計劃和蘇聯「月球」號任務採集月壤時完全不同的新地點，此前從未有其他國家的探測器到訪過。風暴洋相對較年輕，富集鈾、釷、鉀等放射性元素，該地存在大約13億至20億年前的玄武巖，獲得這些年輕玄武巖的同位素年齡，將有助於推進對月球火山活動和演化歷史的認識。

嫦娥五號

去月球上「挖土」並帶回有多難

首先，封裝技術是整個過程中最關鍵的一步，也是中國以前從未嘗試過的。美國的「阿波羅」登月計劃中，對於採樣瓶的密封是人工操作。而中國此次所有的操作，都要靠月球上的探測器與地球上的指揮部一同協作完成。

嫦娥五號機械臂在採集月壤樣本之後，將之通過一系列方式送入上升器中，予以第一次封裝，防止在離開月球的過程中出現損耗。第二次封裝則是上升器的月壤轉移到再入器中，來保護月壤樣品不受再入時惡劣環境的影響。

其次，樣品已經裝在行囊裡了，那麼如何從月球帶回家呢？

月球表面和地球環境不一樣，它沒有大氣層，而且地勢複雜。怎麼導流，如何散熱等，都是問題。而且，探測器在月球起飛的過程中，不能像在地球一樣進行高精度的測量跟蹤。這就需要根據對月球的了解，模擬環境來設計方案。

綜合整個人類航天歷史來看，月面起飛返回有兩種方式：一種是操作艙直接從月面加速起飛至月球逃逸速度，然後進入月地轉移軌道返回地球；另一種是從月面起飛進入環月軌道，經過與操作艙和返回艙交會對接後返回地球，或者不經過交會對接，直接返回地球。

比較起來，第二種方案風險較小，可以通過地面測控系統調整返回艙，讓它進入最優月地返回軌道。不僅是現在，這種方案也會是未來月球採樣返回的首選方式。

冷知識：1978年我國就有了「月壤」

雖然嫦娥五號「挖土」之旅還在進行中，但在此次探月之前，我們國家其實就有月壤了：一塊一克重的月壤，被分成兩半，一半收藏在北京天文館，一半用來探月研究。

這是在1978年中美即將建交之時，美國國家安全事務顧問布熱津斯基訪華時為了示好，向中國贈送的1克月巖——要用放大鏡才能看清楚。【資料來源：新華社、央視新聞、羊城晚報】