新知| 我們為什麼要去月亮上「挖土」?什麼時候可載人登月?

　　交匯點訊 1969年7月20日（世界時），阿波羅11號飛船成功降落在月球表面。美國太空人阿姆斯特朗代表人類首次登月並採集回了月壤樣本。時隔半個世紀，中國終於也要採集月壤了。按照計劃，我國將於11月24日凌晨在海南文昌航天發射場使用長徵五號遙五運載火箭擇機發射嫦娥五號月球探測器，通過鏟取、鑽取兩種方式，採集月球樣品並帶回地球。

　　我們為什麼要萬裡迢迢去月亮上「挖土」？這些樣品能發揮什麼作用？《科技周刊》記者採訪到天文專家，一起去探尋「挖土」背後的故事。

　　13年飛天路，嫦娥五號拉開「回」的序幕

　　從2007年發射了嫦娥一號開始，我們國家的嫦娥飛天之路已歷經13年。前不久，中國探月工程副總設計師於登雲表示，中國將在今年完成嫦娥五號探測器的發射工作。

　　「作為21世紀國家最重要的航天與空間探測任務之一，中國探月工程主要包括繞、落、回三大目標。」南京天文愛好者協會理事張瀚告訴《科技周刊》記者，其中嫦娥一號和二號完成了「繞」，嫦娥三號和四號完成了「落」和「巡」，而即將發射的嫦娥五號將正式拉開「回」的序幕。目前所有已完成任務都非常順利，可謂「萬無一失」。

　　中國探月工程官方發布的消息顯示，這次嫦娥五號發射成功將有望實現中國航天史上的四個「首次」，首次自動在月球表面進行月球土壤的採集；首次在月球表面起飛；首次在距離地球38萬公裡的月球軌道上完成對接與採集物品轉移；首次帶著月球土壤用接近第二宇宙速度返回地球。「其實，早在嫦娥四號，就已經實現人類首次。」張瀚提到，嫦娥四號是人類首個安全降落在月球背面的探測器，開創了月球探測的新篇章。

　　他表示，中國航天已將探月工程規劃到了嫦娥六號、七號和八號。其中六號、七號主要任務是深入開展包括月球南極在內的不同月球地貌考察取樣並可能涉及到中外航天合作，八號的任務甚至考慮到了未來在月球建立科研基地的可行性。再之後，中國航天會考慮逐步有序地開展載人登月任務——將中國的航天員送往月球並在月球建立科學實驗基地。

　　談到中國探索月球的國際水平，張瀚總結道：「領先但不領頭。美國人早在51年前的1969年就已經成功實現了載人登月。中國雖然起步較晚，但我們的發展速度很快，正在與第一梯隊的世界頂尖水平不斷縮小差距。」在他看來，我國探月工程在任務規劃實施上步伐穩健，目標明確，每一次任務都圓滿甚至超額完成，符合中國人務實和紮實的做事風格。

　　此次嫦娥五號發射將有望實現中國航天史上的四個「首次」，張瀚表示，中國航天正邁入高速發展時代，我國已經掌握了較為成熟的包括返回和交會對接在內的載人航天技術，經反覆驗證後還擁有了技術可靠的長徵五號系列大推力運載火箭；以探月工程和行星探測工程為代表的深空探測技術也發展順利，中國航天人有信心完成這四個「首次」。

　　跨越38萬公裡的「挖土」，全程「全自動」

　　嫦娥五號的任務是收集月球正面一個先前未經探測區域的物質樣本，並將它們送回地球。如果這次任務成功，它將取回自上世紀60年代和70年代美國和蘇聯的月球探測任務以來的第一批月球物質。

　　「嫦娥五號按設計能力將採樣1至4公斤左右的月球土壤和巖石標本返回地球。」張瀚介紹說，嫦娥五號包括著陸器、上升器、軌道器和返回器。進入月球軌道後，著陸器和上升器與軌道器分離並下降到靠近「呂姆克山」的地方，從地球上看，這是一片廣闊、黑暗的熔巖平原。「月球探測器的降落區域都會提前做好探測規劃，需要為包括著陸安全在內的因素綜合考慮降落區域的平整度和採樣難度。這次嫦娥五號選擇的落腳點，除考慮著陸器降落和上升器再次起飛的安全外，還要考慮落腳點的平穩，因此降落地位於月球風暴洋附近。」張瀚說，該區域土壤體質更為新鮮和年輕，各種包括放射性元素在內的擬分析元素含量可能更加豐富，有利於月球的科學研究。

　　據介紹，一旦探測器著陸，它將就地鑽取月球物質，並將採集到的樣本封裝儲存在上升器中。張瀚說，這項任務的第一處難點在於著陸器的安全著陸；第二處難點在於鑽取和封裝樣本，這對我們尚屬首次；第三處難點則是「回」的階段，「上升器需要在月表克服月球引力再次返迴繞月軌道與軌道器對接，最終採樣標本被轉移到返回器後由返回器平安帶回地球。這些自動採樣、對接和返回技術是以往『繞』和『落』階段所沒有的。」如果一切順利，嫦娥五號將在採樣成功後返回地球，攜帶採樣標本的返回器將降落在中國北方內蒙古的四子王旗。

　　此次任務成功後，是否意味著中國人離登上月球更近了一步？張瀚認為，雖然我國已具備較為成熟的LEO近地軌道（距離地球表面幾百公裡）的返回技術，但月球距離地球有約38萬公裡之遙，對於我們，從月球安全返回地球還屬探索嘗試階段，需要反覆驗證才能確保載人任務的安全性。載人登月除了各種複雜的交會對接和返回技術，還需要更大推力的運載火箭支持。按目前立項和發展進程推測，我預計在2030年至2035年期間中國可能會實現成功載人登月並安全返回。

　　挖的土可謂「寸土寸金」，有望解決地球能源問題

　　幾十年前，美國、蘇聯相繼從月球獲取樣本，這些樣本的研究為科學家們確立現代行星科學提供了幫助，為認識各類行星的地質演化過程提供了參考。既然已經站在「前人的肩膀上」，我們為什麼還要去月球上「挖土」？

　　「月面環境與月球土壤、巖石的特性是月球科學研究的重要基礎，通過深入研究月球土壤等樣本，可以幫助人類更加深入地了解月球的物理化學特性，揭開月球起源和地質構造及演化的秘密，為人類未來在月球建立基地、科學合理利用月球資源提供多方面的信息和幫助。」張瀚解釋道。

　　科學無國界，但科研及科學技術成果的應用有國界。張瀚坦言，去月球「挖土」不僅僅是為了月球樣本，這些樣本對研究月球起源演化及資源利用都有很大幫助，而隨「採集」帶來的一系列航天和周邊技術發展更迭也會對我們的科技發展產生深遠影響。美國阿波羅時代共採集到月球樣本300多公斤，1978年卡特總統訪華時曾贈送給中國1克月巖做禮物，現有半克存於北京天文館對公眾展示。而不久的將來，我們可以看到更多更大的由我們自己採集到的月球樣本。

　　張瀚透露，之前的研究顯示，月壤中存在氦-3，這種元素具有安全、清潔、高效的能源特點，在發生核聚變時不產生中子，不會有中子轟擊和活化問題，理論上沒有放射性沉降，是安全和理想的燃料來源。「人類文明的下一次飛躍很可能是能源變革帶來的飛躍，對氦-3的開發和利用意義非凡。」張瀚表示，雖然氦-3在地球上極其稀少，但在月球卻有超過百萬噸的儲量。按目前地球能源消耗規模，僅百萬噸氦-3就可維持地球能源消耗數千年之久。僅能源一項，月球開發的意義就不言而喻。

　　「月球還可作為人類探索深空理想的中轉站，比如我們在月球建立基地，不但可以以地球外視角觀測宇宙深空，還可以為太空飛行器在遙遠旅途中提供測控支持和燃料補充等。」談及此次探測任務，張瀚表示，目前，人類已全面邁入深空探測時代，我們的視野和目標從地球到月球，再到火星、木星等更加遙遠的太陽系行星以及它們的衛星。未來，人類將對太陽系的各種天體進行包括著陸和採樣在內的精細化探測，同時也會加快尋找宇宙暗物質的蛛絲馬跡，設計和製造出更快更高效的太空飛行器以突破太陽系屏障，深入探索更加廣袤的宇宙深空。

　　交匯點記者 張宣 圖 視覺中國