這一個月來,有關嫦娥5號探月採土的消息,一直都受到世人的廣泛和熱切關注。從11月24日探測器發射以來,嫦娥5號探測器先後順利實現地月轉移、軟著陸、鑽探取土、月面起飛、交會對接、樣本轉移、月地轉移、平穩著陸等各個關鍵環節,最終在23天之後,於12月17日凌晨平安在內蒙古四子王旗預定區域降落著陸,宣告著我國此次探月工程取得了實質性重大勝利。
此次嫦娥5號返回艙共攜帶1731克月球土壤歸來,這些月球的「土特產」對於我國下一步深入研究月球的形成歷史、月表土壤演變特徵、月球的自然環境狀況等,都具有舉足輕重的意義。在我國之前,世界上只有前蘇聯和美國成功地在月球表面取得了土壤樣品,其中前蘇聯3次只帶回330克,而美國6次共帶回了多達382公斤的樣品。拿美國來說,50多年前就實現了載人登月,而且還帶回了那麼多月球樣品,這麼多年過去了,只有我國又繼續實現了在月球採樣並帶回「土特產」的目標,有的網友不禁心生疑問,是不是科學技術水平退步了,要不怎麼可能美國50多年後沒有什麼動靜呢?
首先,我們看一下為什麼美國可以帶回那麼多月壤樣品。從上世紀60年代中期,美國就開始謀劃探月工程,先後發射了7顆無人探測器,在環月軌道上或者降落到月球表面,對月球外層空間、月球表面自然環境、土壤狀態、月表輻射情況等進行了系統列觀測,這些都為下一步的載人探測奠定了堅實基礎。後來,進入美蘇爭霸的熱潮期,兩方都想在太空科學技術和深空探測方面壓制住對方,從而取得太空競賽的話語權和主導權,那麼無人探測肯定分量不夠,美國在前期研究和實踐的基礎上,集結了大量科學前沿領域的專家學者、投入了天文數字的金錢,著手探索實施載人登月。
載人登月不同於無人探測器登月,除了要增加更多必要的監測、拍攝、分析設備外,還需要增加生命支持系統、樣品容納承接系統、火箭返回系統等,有效載荷勢必大量增加,所以研發大推力的火箭勢在必行。以馮·布勞恩為首的研發團隊,在巨量資金投入(少說也得有250億美元以上)的保障下,孤注一擲,根據不同的應用需求,設計出了不同型號的運載火箭,其中以土星5號最有代表性。
土星5號採用三級火箭設計,與其它火箭的原理都是一樣的,均是利用燃料燃燒的化學反應,為箭體提供足夠大的推力。土星5號採用的發動機為F-1發動機,第一級使用高精煉煤油作為燃料,其它兩級使用液態氫作為燃料,三級火箭都以液態氧作為氧化劑。該運載火箭高達110多米,總重量近3000噸,總推力達3400噸,在進入環月軌道後其動力仍然達到近50噸。截至目前,土星5號仍然是世界航天歷史上質量最高、體積最大、推力最強的火箭。
正是由於土星5號強大的推力供給,才使得載人登月、發射大型月球車、挖回大量月球土壤、從月面起飛成為現實。相比之下,當時的前蘇聯,也想實施載人登月,但無奈在大推力火箭的研發上始終無法取得關鍵性突破,好幾次N1火箭的發射都無疾而終,最終風險太大,因此載人登月始終未能如願。
之所以美國此後再也沒有實施載人登月計劃,主要原因包括:一是前蘇聯的解體使美蘇爭霸的基礎不復存在,太空技術美國一馬當先,太空競賽以及相關技術突破缺少了相應的熱情。二是探月工程的花費巨大,美國研發土星5號的花費少說也有60多億美元,而全部的前期準備也有近200億美元,而每次發射的花費都達到幾億美元,如果放到現在,這個數字還要增大幾十倍,即使美國的經濟再發達,也架不住這樣的花費。三是當時的載人探月技術仍然存在一定的風險,雖然結果是可喜的,沒有發生什麼意外,但過程比較冒進,為了搶奪時間,爭奪主動權,有一些技術和安全方面的考慮還沒有完全成熟,就投入了使用,現在如果再實施載人登月,勢必會綜合各方面的因素,在性價比、科技需求和安全等方面都滿足的情況下才可以,而恰恰就在前蘇聯解體以後,包括美國在內的很多國家,對月球的關注程度日益下降,沒有更多的科技需求了,土星5號自然也無用武之地。
我國此次發射的嫦娥5號,總重量才8噸多一點,還不到阿波羅飛船的1/7,這次能夠取回近2公斤的月壤,已經相當了不起,是在現有技術條件下最具性價比的方案,因為我們沒有必要帶回更多的月壤,否則多帶回的那麼一點,綜合起來需要增加的經費投入,肯定要有指數級的增長。即使我們帶回的這些月球土壤,其他國家也顯得非常「羨慕和覬覦」,因為50多年前採集的月壤,只是帶回就可以了,沒有對以後科研的定位考慮充分,致使現在開展相關研究時,以前採集的月壤完全用不上,而我們就不存在這樣的問題。