嫦娥五號月面“挖土”有絕招

本報記者劉揚　鄧孝慈

《環球時報》記者從國家航天局獲悉，探月工程嫦娥五號著陸器和上升器組合體于12月1日23時許成功著陸月面后，開展了太陽翼展開、機構解鎖等相關準備工作。北京時間2日4時53分，著陸器和上升器組合體完成月球鉆取采樣及封裝。目前，著陸器和上升器組合體正按計劃進行表取采樣。隨著采樣任務的進行，中國首次進行地外天體采樣與封裝的目標已經接近完成。為何嫦娥五號任務此次選擇了兩種采樣方式“挖土”？有人采樣和無人“挖土”有哪些差異？中國首次去月球“挖土”又有哪些重大意義呢？

為何選擇兩種“挖土”模式

據國家航天局介紹，嫦娥五號探測器自動采樣任務采用表鉆結合，多點采樣的方式，設計了鉆具鉆取和機械臂表取兩種“挖土”模式。

航天科技集團五院嫦娥五號探測器系統副總設計師彭兢介紹稱，從完成任務本身來講，過去人類歷史上無人月球采樣，只有蘇聯用鉆取方式，他們的鉆頭中間是一個中空結構，通過把鉆頭深入到月球表面以下，然后中空的管子里邊能夠取樣。我們過了幾十年再采樣的話，當然也可以在蘇聯已經使用的這種鉆取采樣的基礎上，提高技術水平，比如說采更多的樣，還有另外一種方式就是換一種采樣方法，然后獲得不同的樣品。所以從這個角度考慮，我們認為單一的采樣方式獲取的樣品形式種類和總量等方面受限制比較多，用兩種方式能夠獲得更多種類、更多數量的樣品。另外我們從工程本身來講，設計鉆取和表取這兩種方式，可以互為備份。

挖完土之后，為了安全帶回地球，還要對采集到的樣品進行打包，這個過程被探月工程首任總指揮欒恩杰比喻為“裝香腸”。他在接受媒體采訪時表示，要把鉆取的巖芯部分裝進一個包裹，這個包裹形狀是長的，像個香腸一樣，把樣本緊密地包裹好，封裝好。這些土壤不能在轉移到地球的時候被污染了，因為地球和月球環境不一樣，有些物質一定要在非常潔凈的環境下保存。

俄羅斯科學院航天研究所核行星學科室主任伊戈爾·米特羅法諾夫2日在接受俄衛星通訊社采訪時表示，“嫦娥五號任務是創新型的，并不是其他國家以前完成的項目的重復。”米特羅法諾夫解釋說，獨特之處在于，探測器帶著貨物返回時，兩個設備將自動在繞月軌道上對接，這還是有史以來第一次。第二個特點是計劃采集的月壤樣品約為2公斤。這是蘇聯探測器帶回到地球樣品質量的10倍（原文如此——編者注）。

采集月球“土特產”，有人無人哪家強

相比嫦娥五號此次的創新性采樣方式，在冷戰時期美蘇則采取了不同的采樣方式。據航天專家介紹，1969年7月至1972年12月，美國通過“阿波羅11號”到“阿波羅17號”載人飛船實施了7次載人登月任務，除了“阿波羅13號”因故障中途返回，其余6艘飛船皆完成登月，成功將12名航天員送上月球，共帶回月壤和月巖樣品約381.7公斤。

而蘇聯“月球16號”“月球20號”和“月球24號”3個無人月球探測器進行3次月球采樣返回任務，帶回的月球土壤樣品300多克。除了月球采樣，人類還對彗星、小行星等地外星球進行了無人采樣返回探測。

全國空間探測首席科學傳播專家龐之浩對《環球時報》記者表示，載人飛船從月球采樣返回，不僅采集量大、選擇性強，而且采集范圍可以很廣，因為航天員可以到艙外活動，還能乘月球車漫游到比較遠的地方去采集月球樣品。例如，美國“阿波羅”系列任務采樣位置的地理分布、地質特征就非常豐富。也有專家認為，有人采集更大的優點，是可以在任務中隨機應變，處置不同情況。

不過，有人采樣使得航天任務的難度和成本大大增加。中國航天科工集團二院研究員楊宇光認為，一艘“阿波羅”飛船重約45噸，而蘇聯的“月球”系列無人采樣探測器重量不足6噸。同時，載人飛行任務對安全性、可靠性以及生命保障系統等要求很高，這都直接影響著工程規模及成本。

月球“挖土”意義重大

米特羅法諾夫表示，根據觀測數據，中國著陸和采樣區域的月壤具有更高的天然放射性元素濃度。先前美蘇帶回的土壤年齡要大得多。對嫦娥五號任務帶回的樣品進行分析將加深我們對月球地質特性和演化歷史的了解。

據龐之浩介紹，科研人員通過研究發現，月壤中含有大量微小的橘紅色玻璃形式顆粒，這些顆粒一般富含鋁、硫和鋅，它們是在月幔部分融化過程中，于月球表面下約300公里深處形成，因火山活動而噴出到月球表面。通過對樣品的分析與實驗證實，月壤和月巖中氧化鐵的含量很高，從中可以制取水和氧，未來可利用月面物質支持月球科研站的運行，并為登月飛行器補充燃料。更重要的是，科學家還在采集回來的樣品中發現了核聚變的理想原料氦-3。▲