「嫦五」為何探月、如何探月?這裡有答案

2020-11-24 北京日報客戶端

11月24日,嫦娥五號探測器踏上奔月之旅。未來的20多天,她的每一步行程都牽動我們的心。很多人有疑問,我們為什麼要請「嫦娥」不辭辛勞趕赴38萬公裡外的月球挖「土」?她選擇降落和挖「土」的地方有何特點?大致要經歷一段怎樣的旅程?

對此記者採訪了著名航天科普專家龐之浩。

困惑1:研究月壤有何科研價值?

龐之浩說。目前探測月球有三種常用方法:一是環繞探測,主要用於對月球進行綜合性普查;二是著陸和巡視探測,主要用於對月球進行區域性詳查;三是採樣返回探測,主要用於對月球進行區域性精查,因為把採集到的月球樣品運回地球後可供科學家在實驗室裡進行精細研究,但技術更複雜。

這三種空間探測方式有明顯的遞進關係,每一步都是對前一步的深化,並為下一步奠定基礎,最終達到全面、深入了解月球的目的。

由於月球沒有大氣層的保護,所以月球表面的月壤是月球巖石在受地外星體的撞擊,以及受到宇宙射線輻射和太陽風轟擊等空間風化作用後形成,基本上是一些細碎的石沫。通過研究它們能進一步了解月球的狀態、物質含量、地質演化歷史,深化對月壤、月殼和月球形成與演化的認識;也可以為了解太陽活動等提供必要的信息,並突破一系列關鍵技術,為以後的載人登月和月球科研站的選址提供有關數據。

困惑2:之前都有哪些國家嘗試探月,效果如何?

龐之浩表示,月球採樣返回可分無人月球採樣返回和載人月球採樣返回兩種方式。

在無人月球採樣返回探測方面,蘇聯可以說是開路先鋒。1970年9月至1976年8月,蘇聯先後發射月球16號、20號和24號3個無人月球採樣返回探測器,總共帶回330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,由下降級(又叫著陸器)和上升級(又叫上升器)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,接著上升級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。

美國是通過阿波羅11號至阿波羅17號載人飛船在1969年7月至1972年12月實施了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艘飛船完成登月,帶回大量月巖樣品,為月球研究提供了直接的依據,大大充實了人類對月球的認識。尤其是航天員在月球上鑽取了3米深的月球巖芯,發現土壤多達57層,每層代表一次隕石衝擊,還測量了月球內部發出的熱流,從而結束了100多年來關於月球是冷還是熱的爭論。

困惑3:此次「嫦五」探月將經歷怎樣的旅程?

嫦娥五號探測器將先後經歷發射入軌、地月轉移、近月制動、環月飛行、月面下降、月面採樣、月面上升、交會對接、環月等待、月地轉移、軌道分離和再入回收等飛行階段,最終在內蒙古四子王旗著陸,然後將約2000克月球樣品送至地面實驗室開展精細的研究。

其大概過程是:嫦娥五號探測器組合體進入月球軌道後將兩兩分離,軌道器-返回器(簡稱軌返)組合體留在軌道,著陸器-上升器(簡稱著上)組合體在月面上降落。著陸後,用著陸器上的採樣裝置獲取月壤,採集的樣品放在上升器裡,進行無汙嚴密封裝;隨後,上升器從月面起飛,與軌返組合體交會對接,把樣品轉移到返回器後上升器與軌返組合體分離;接著,軌返組合體踏上歸途,在距地球一定高度處返回器從軌返組合體中分離;最終,返回器採用半彈道跳躍再入方式進入大氣層,落至預定的著陸場。

困惑4:「嫦五」探月選擇目的地有何講究?

龐之浩說,據月球科學家介紹,嫦娥五號將在月球正面最大的月海風暴洋北部呂姆克山脈附近著陸,此地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,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。它可以填補科學家對月球火山活動研究的一個重要空白。

龐之浩說,而且由於嫦娥五號採用月球軌道交會對接方案,這也為我國未來的載人登月奠定了基礎,因為這種方案也適合載人登月。

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