嫦娥五號計劃實現自動採集月壤再返回地球，是我國航天領域迄今最複雜、難度最大的任務之一。嫦娥五號為何要去月球「挖土」？此次月球之旅有哪些精彩看點？解放日報•上觀新聞記者採訪了上海市宇航學會資深航天科普專家、上海宇航系統工程研究所技術顧問陶建中研究員，中國首位卡爾•薩根獎得主、中科院國家天文臺鄭永春研究員。
【月壤裡包含著許多重要信息】
月球上的「土」是怎樣的？鄭永春介紹，幾乎整個月球表面都覆蓋著一層細粉狀的風化物質——月壤。科學家根據阿波羅登月任務採集的月球樣品進行了分類，其中直徑大於1釐米的顆粒，被當作巖石樣品來進行研究，稱為月巖；直徑小於1 釐米的顆粒，被當作土壤樣品對待，按習慣也稱為月壤，即狹義上的月壤。其中，顆粒直徑小於1毫米的部分，是月壤中的主要組成部分，在大部分月壤樣品中佔總重量的90%以上。不管是月巖還是月壤，都採自月球的風化層。
嫦娥五號為何要去月球「挖土」？鄭永春介紹，「月壤是從月球固體巖石圈到太陽系空間的過渡帶，包含著相關區域的大量信息。月壤的研究不僅涉及月球本身，而且還包含太陽系空間的物質和能量的重要信息。」鄭永春說，這些信息包括太陽系早期演化的歷史記錄；月巖和月壤的宇宙線暴露與輻照歷史；月球中揮發分的脫氣歷史；太陽風的組成和太陽表層的成分特徵；小天體和微隕石撞擊月球的歷史記錄，進而推斷地球遭受小天體撞擊的歷史；月殼巖石圈的組成和分布特徵等。因此，通過對月壤的研究，對於研究月球乃至地月系的演化歷史具有重要意義。
除科學意義外，月壤還含有豐富的資源，包括稀有氣體（特別是可用於可控核聚變的燃料氦-3）、鈦鐵礦、克裡普巖等。「月壤處於月球的最表層，具有鬆散、非固結、細顆粒和易於開採的特點，通過對月壤的精細研究，可提供月球資源開發利用前景的重要信息，並為月球基地的選址提供重要的科學依據。」
鄭永春強調，受限於現有技術能力，月球資源對地球上的人類有潛在的開發價值，還不具備商業開發的價值。但是，利用月壤在月球上就地生產一些建築材料、鋪設路面、生產氧氣和水等，對於人類在月球上的長期居留是十分必要的。由於地球和月球之間運輸費用十分昂貴，月壤資源的就地開發利用，可以大大降低經費投入。
月球上沒有氧氣、沒有液態水、沒有微生物，所以採集回地球的月球樣品必須存放在充滿氮氣的密封箱內。「避免月球樣品被地球環境汙染，隔絕氧氣、水、生物，是月球樣品保存最重要的課題之一。」
【採集月面3米以下的月壤2千克以上】
嫦娥五號將實現4個重大突破，即在月球外表主動採樣；從月面起飛；在38萬公裡外的月球軌道進行無人交會對接；帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。
「此次任務是長徵五號遙五運載火箭的第二次應用性發射，此前它已成功發射我國首個火星探測器天問一號。」陶建中說，長徵五號用於發射遠程飛行器，相比到近地軌道的國際空間站，它需要一個更大的加速度，因此有效載荷必然減少。一般前往400多公裡遠的國際空間站，有效載荷可達20多噸，而此前去往火星的天問一號約5噸重，此次嫦娥五號前往38萬公裡遠的月球，全重8噸。
陶建中介紹，嫦娥一號和嫦娥二號都是「繞」著月球轉，拍下了月球地貌，嫦娥二號還順便探測了距離地球700多萬公裡的圖塔斯蒂號小行星；嫦娥三號是我國第一個在月球軟著陸的無人探測器；嫦娥四號是世界上首個在月球背面軟著陸的太空飛行器；嫦娥五號的任務是採集月面3米以下的月壤2千克以上，再返回地球。目前，只有蘇聯和美國成功帶回了月壤，蘇聯的無人登月器帶回了3.8千克月壤，而美國阿波羅號的航天員分六次一共帶回381千克月壤。
【以接近第二宇宙速度返回地球】
嫦娥五號此次月球之旅有哪些精彩看點？「月面定點軟著陸；從月面上升至月球軌道；在月球軌道實現軌道器與上升器的交會對接；接近第二宇宙速度從月球軌道高速返回地面等都是亮點。」陶建中說。
「為什麼一定要軟著陸？如果硬著陸，探測器會摔得粉身碎骨，就無法採樣了。」陶建中介紹，雷射測距技術可以精確測量著陸器和月球表面的距離，而三維立體成像技術可以讓著陸器選擇在平坦地形下降。「著陸器的自主控制非常重要，包括在一定高度停留選擇著陸點、控制反推火箭工作、姿態調整等。」
採集到月壤後，如何和軌道器交會對接？「月壤由上升器送至月球軌道後，等待與軌道器交會對接。這一對接技術與載人航天裡的交會對接很不一樣。」 陶建中解釋，載人航天交會對接採用異體同構周邊式對接機構，中間有一個直徑為800毫米的人孔，供人貨通過。而月球軌道器與上升器對接是採用一種較輕巧的、弱撞擊的抱爪式對接機構。
「月壤從上升器轉移至軌道器裡的返回艙後，將以接近第二宇宙速度返回地球，此前也已專門進行了返回試驗。」陶建中說，所謂第二宇宙速度，是指每秒11.2公裡。而航天員從空間站返回地球，一般是低於第一宇宙速度，即每秒7.9公裡。如此高的速度，將會與大氣層摩擦產生2千攝氏度的高溫，這就需要解決返回艙的防熱問題，「我國在幾年前就已經做過高速返回試驗，解決了關鍵技術問題。」
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