嫦娥五号即将升空 “挖土”

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来源:杨光军方

11月17日,长征五号远程五号运载火箭和被称为“胖五号”的嫦娥五号探测器在中国文昌航天发射场技术区完成总装试验,然后垂直转移到发射区。计划在11月下旬合适的时候推出。

嫦娥五号月球探测器计划首次实现从月球采样返回,并将月球土壤或月球岩石等珍贵样品带回地球,预计将圆满结束中国探月重大科技工程“绕圈、坠落、返回”三步走发展战略。

地球与月球的平均单程距离约为38万公里,来回步行近80万公里。月球样本中有哪些奥秘值得如此努力挖掘?回顾历史,人类在登月“挖掘”方面取得了哪些成就?这次嫦娥五号在中国的任务从采样地点到采样重量有什么特点?

月壤虽是土,价值抵万金

“月球土壤就是月球的土壤。虽然很容易登上月球,但对地球人来说有很大的科学价值。”中国地质大学(武汉)行星科学研究所教授肖龙表示,月球土壤是研究月球的样本,月球土壤是月球岩石在太空中受到陨石撞击、太阳风轰击和宇宙射线辐射等风化作用形成的,月球上有大量的月球岩石碎片、矿物和陨石。通过研究这些月球土壤材料,科学家不仅可以了解月球的地质演化历史,还可以为了解太阳活动提供必要的信息。

"探测月球有三种常见的方法."国家空间探索首席科学传播专家庞志浩告诉《科技日报》记者,首先是环绕探测,主要用于月球的综合普查;二是登陆和巡逻探测,主要用于月球区域详查;第三,采样和返回探测,主要用于月球的区域精确探测。与前两种方法相比,采样和返回探测可以将月球土壤等关键样品运回地面实验室,供科学家进行准确的分析和研究,有利于进一步了解月球的状态、温度和物质含量等重要信息,加深对月球土壤、月球外壳以及月球形成和演化的认识。

庞志浩说,从技术上看,三种空间探索方法之间存在明显的递进关系,每一步都是对上一步的深化,同时也为下一步打下基础,最终达到全面深入了解月球的目的。完成采样和返回月球的任务,需要经过一个全面、细致、深入的科学探索过程,能够突破一系列关键技术,提供相关数据,为未来载人登月和月球基地选址奠定技术基础。

“挖土”有魅力,各国都很拼

冷战期间,当时的太空超级大国美国和苏联非常渴望去月球取样庞志浩介绍说,苏联月球16号探测器从富饶的月球海洋中回收了101克的小样本。月球20号和月球24号探测器分别从阿波罗尼德斯高地和月球危险海域采集了55g和170g样本。

“载人飞船从月球返回采样,不仅采集量大,选择性强,而且可以大范围采集,因为宇航员可以移动到舱外,漫游到很远的地方用月球车采集月球样品。例如,美国阿波罗系列任务取样地点的地理分布和地质特征非常丰富。”庞志浩说。

从1969年7月到1972年12月,美国通过阿波罗11号到阿波罗17号载人飞船进行了7次载人登月任务。除阿波罗13号因故障中途返航外,其余6艘飞船完成登月,成功送12名宇航员登月,带回约381.7公斤月球土壤和岩石样本。

据报道,阿波罗11号降落在月球赤道附近的宁静海域。选择这个地方的原因是它相对平坦,便于航天器着陆和宇航员逃生

阿波罗15号降落在月球北半球中部阿基米德环形山东南部的亚平宁山脚下,而阿波罗16号则是人类第一次在月球赤道以南的中央高地西奥菲勒斯环形山附近降落。

阿波罗17号降落在月球北半球的陶尔斯-利特罗山谷,在那里可以从山谷底部收集年轻的岩石样本,也可以从月球高地收集较老的岩石样本。

"通过对月球样本的分析,科学家们取得了丰硕的成果."庞志浩说,通过研究,研究人员发现月球土壤中含有大量微小的橙红色玻璃颗粒,这些颗粒通常富含铝、硫和锌。它们是在月球地幔部分融化期间在月球表面下约300公里处形成的,由于火山活动而被喷射到月球表面。通过对样品的分析和实验,证明月球土壤和月球岩石中的氧化铁含量很高,可以从中产生水和氧气。未来,月球材料可用于支持月球基地的运行,并为登月飞行器补充燃料。更重要的是,科学家们还在收集的样本中发现了核聚变的理想原料氦-3。根据目前地球的能源消耗规模,月球上的氦-3用于核聚变发电后,可以满足人类大约1万年的能源需求。

嫦娥有特色,选址位置新

“中国的嫦娥五号对月壤的采样能力更强。“庞志浩说,苏联的三个无人月球探测器,月球16号、月球20号和月球24号,已经进行了三次月球取样返回任务,只带回了大约330克的月球土壤样品,而中国的嫦娥5号只有一个探测器计划带回2公斤的月球样品。

庞志浩认为,采样重量的差异是由于当时苏联还没有掌握月球轨道无人交会对接技术,所以其三次无人月球采样任务都采用了在月球表面起飞并直接返回地球的方案,以至于其上升装置需要克服返回舱和大量燃料带来的巨大载荷,从而大大降低了采样重量。另一方面,嫦娥五号计划使用世界领先的月球轨道无人对接方案转移月球土壤。上升装置不需要返回舱,只需要少量燃料,因此采样重量呈几何级数增加。

据相关报道,嫦娥五号的采样地址也很有特色,具有很高的研究价值。嫦娥五号将在海洋北部的吕姆克尔山脉附近着陆,这是月球正面最大的月球风暴。没有其他国家的探测器到过这个地方。暴风海洋相对年轻,富含铀、钍、钾等放射性元素。这个地区大约有13亿到20亿年前的玄武岩。获得这些年轻玄武岩的同位素年龄将有助于加深对月球火山活动和演化历史的理解。

正如国际顶级科学期刊《自然》11月5日所言,嫦娥五号可以填补科学家在月球火山活动研究方面的一个重要空白。此前对美国和苏联获得的月球土壤样本的研究表明,月球上的火山活动在35亿年前达到顶峰,然后减弱并停止。但对月球表面的观测表明,部分地区可能含有10亿年至20亿年前形成的火山熔岩,与嫦娥五号着陆区的年龄相近。如果嫦娥五号采集的样本能够证实月球在此期间仍处于活动状态,那将改写月球的历史。