“嫦五”回家 英雄凯旋

  科技日报北京12月17日电 (记者付毅飞)迎“嫦五”回家,贺英雄凯旋。12月17日凌晨1时59分着陆在内蒙古四子王旗预定区域的嫦娥五号返回器,怀着迫不及待的心情,经过一天奔波,于17日晚上回到了它的“诞生地”——中国航天科技集团五院。为欢迎嫦娥五号任务试验队凯旋和返回器回家,航天城玉琮广场举行了隆重欢迎活动。五院院长张洪太、党委书记赵小津等领导,院综合管理部门及京区各单位共500余人参加了活动。

  嫦娥五号任务作为我国复杂度最高、技术跨度最大的航天系统工程,成功实现了多方面技术创新、突破了一系列关键技术,对于我国提升航天技术、完善探月工程体系、开展月球科学研究、组织后续月球及星际探测任务,具有承前启后、里程碑式的重要意义。

  作为嫦娥五号探测器的抓总研制单位,航天科技集团五院研制团队面对关键技术多、任务难度大、实施风险高等难题,历时10年完成了嫦娥五号探测器的研制发射任务。

  嫦娥五号同时还是五院研制并成功发射的第300颗航天器。自1968年2月20日建院以来,一代代五院人始终保持自力更生、艰苦奋斗的志气,坚守航天报国的志向,书写了“三百星辰耀太空”的辉煌篇章。

  50余年来,五院树立起以“东方红一号”卫星、神舟五号载人飞船、嫦娥一号卫星为代表的中国航天事业三大里程碑;形成了载人航天、月球与深空探测、导航定位、对地观测、通信广播、空间科学与技术试验6大系列航天器领域;实现了大、中、小、微型航天器的系列化、平台化发展。

【地评线】嫦五归来:收官之作,更是奠基之作

  12月17日凌晨,嫦娥五号返回器携带月球样品,采用半弹道跳跃方式再入返回,在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。

  嫦娥探月既是一个高难度的艰巨任务,又是一个意义重大而辉煌的历程。历经23天,嫦娥五号闯过地月转移、近月制动、环月飞行、月面着陆、自动采样、月面起飞、月轨交会对接、再入返回等多个难关,成功携带月球样品返回地球,完成了中国首次、世界第三位的登月之旅。

  嫦娥回家无论从空间技术,还是对空间资源的利用,以及国家安全和未来人类开拓地球以外的生存和发展空间意义非凡。

  在人类历史上,只有40多年前的美国和苏联登月器登上过月球并带回月壤,之后,这一领域寂然无声,后发之势的中国开足马力,填补了这个空白。从2013年12月2日至今,中国在7年时间内三次发射嫦娥登月。其中嫦娥四号在月亮背面登陆,成为世界第一个探月器在月球背面登月的国家。而且,本世纪以来的三次探测器登月行动,全都是中国的嫦娥所为。

  人类的登月,无论是航天器载人登月还是探月器登月都是一个国家软硬实力的展示和体现。探月不仅要有大量的尖端人才,还要有雄厚的技术实力和空间探索尖端技术,当然还需要相当丰厚的资金。无论在哪方面,中国的嫦娥五号探月成功已证明中国已经进入太空探索的第一梯队。

  不过,嫦娥的成功只是中国太空探索阶段性任务的一环。中国的探月工程顺利完成了“绕、落、回”三步走规划,下一步应当是载人登月,在这个方面,国际上的竞争非常激烈。

  现在,中国、美国、俄国、欧洲、日本、印度和以色列等国家都参与到太空探索和竞争与协作之中,这些国家的月球计划也在以各自不同的步伐展开,其中就包括美国的“阿耳忒弥斯”计划、俄罗斯的“月球”系列计划和欧洲的两手计划(独立自主研发、与多国合作)等登月计划。

  其他国家的探月和登月计划为中国科研人员提供了参照,也将激励中国研究人员制定适合中国国情的下一步探月和登月任务。

  人类登月的意义目前可以体现在比较实用的层面是,对月球的了解和对月球物质的利用。“嫦娥五号”带回的新样本可以让科学家充分研究和分析,让人类理解月球地质和历史,从而也延伸到理解地球的形成和历史。

  更为实用的是,对嫦娥带回的月壤进行研究,可以获得对月球所含物质的理解,并预期未来的利用。比如对月壤的研究和分析可以知晓月球是否有水,无论是月球的什么地方,如果有水,月壤中的含水量有多大,由此可以知道这些水是否可以作为生物的生活用水和能源用水。

  正如国家航天局探月与航天工程中心副主任裴照宇表示,“嫦娥五号任务既是收官之作,更是奠基之作。”这表明,中国的空间探索和登月计划只是刚刚开了一个好头,未来任重道远,未来也完全可期。

  澎湃特约评论员 张田勘

去月球上“挖土”,拢共分几步?这张图说明白了

  11月24日4时30分,我国在中国文昌航天发射场,用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器,顺利将探测器送入预定轨道,开启我国首次地外天体采样返回之旅。

  嫦娥五号从发射到落月需要经历怎样的过程?这一次,“嫦娥”将在月球上做些什么,又将如何从月球返回?跟随央视新闻的这张长图,一起揭秘↓↓↓

  监制/李浙 主编/蒋安琪

  总台央视记者/崔霞 李厦 徐静 李宁 陶嘉树 吴天白 吴娱

  制图/潘杨

“嫦五”奔月倒计时,中国为何要去月球“挖土”?

  随着时间进入11月下旬,我国即将择机发射本国首颗能返回地球的落月探测器——“嫦娥五号”。中国国家航天局指出,借助“嫦娥五号”,我国即将实现嫦娥工程无人探月部分的最后一个阶段——采样返回。届时,“嫦五”将自主完成月壤采集,将月球样品带回地球。

  目前,“嫦娥五号”探测器已进入发射准备阶段,该探测器全重8.2吨,由轨道器、返回器、着陆器、上升器四个部分组成,将由我国目前推力最大的“长征五号”运载火箭从海南文昌航天发射场发射。

  据悉,两者已完成技术区总装测试工作,并已于11月17日垂直转运至发射区。后续,在完成火箭功能检查和联合测试等工作并确认最终状态后,火箭将加注推进剂,按程序实施发射。

  月壤资源丰富

  回溯中国探月工程(亦称嫦娥工程)的历程,其整体可分为无人探月(“探”)、载人登月(“登”)、长久驻月(“驻”)三大步骤。其中,探月计划又分为“绕”、“落”、“回”三个阶段。

  最后一步“回”便是即将开始的月球采样返回,这便是此次“嫦五”的任务,其中光是如何在月球表面自动采样一步便极具挑战性。美国的阿波罗计划是通过载人登月的方式,从月球表面人工采样带回地球,而此次中国则是要实现在月球表面由无人探测器通过铲取、钻取两种方式,自主完成月壤采集。届时,中国也将成为继美国与俄罗斯之后,第三个实现月球采样返回的国家。

  人类对月球“挖土”的执著始于20世纪60年代末至70年代初。美国阿波罗计划先后于月球表面采集了2315块样本,带回了总计约380千克的月岩与月壤。苏联则通过月球计划16、20和24号任务,总共携返约324克的月岩与月壤。这些样本对人类对月球地质演化的破译起到了十分宝贵的作用,在此后产生了大量的科研成果。我国此次将从月球上采集重达2千克的月壤或月岩样品。

  英国广播公司(BBC)此前报道称,月壤中存在大量对于地球来说十分宝贵的矿产资源,如稀土以及氦-3,其中锆等稀土则是作为高科技产品必不可少的材料,而氦-3是未来清洁、高效核能源的关键。航天技术著名学者黄志澄向澎湃新闻(www.thepaper.cn)指出,在核聚变反应中,氢的三种同位素与氦-3聚变释放出的能量是所有核聚变反应中最大的,因此氦-3是核聚变最理想的燃料,“倘若我们此次成功完成采样返回,我国就可对月壤内的氦-3含量有一个明确的概念,也可就此作出是否要进一步开发的决定。”

  与此同时,对月壤的研究还可以为人类未来在其他太空领域的探索打下基础。美国航天局肯尼迪航天中心曾于2019年8月表示,研究团队计划启动研发一种可将月壤熔化并转变为氧气的设备,为未来的月球和火星探索提供可持续的资源支持。美国航天局局长吉姆·布里登斯廷2020年9月10日在宣布将向私营公司收购来自月球的尘土、岩石等资源时便坦言道:“太空资源是安全和可持续月球探索的关键”。

  据英国《卫报》此前消息,根据美国太空总署的收购价格,50克至500克月球采样大约在1.5万至2.5万美元(约合人民币9.85万元至16.42万元)。

  “假使我国将来要在月球建立临时科学站,或者是建立定居点,那么届时我们也需要对月球上的资源进行普查。若是现在就对其进行研究,未来或许便可在开发月球的过程中就地取材——直接在月球上开采资源并加以利用。”黄志澄说道。

  “挖土”助力研究月球历史

  此外,由于月球没有大气和板块运动,太阳粒子活动为便会在月壤中留下证据。通过对月壤组分的分析,科学家就可以了解各时期太阳活动的变化,如2019年6月,美国航天局的研究人员就曾通过对月壤与地球土壤的对比研究探索太阳历史,并依此就地球生命的演化过程提出假说。

  此次“嫦五”出征的预选着陆地区也很有特色,具有较高的研究价值,其预计着陆地为月球正面风暴洋西北部吕姆克山脉附近的月海平原,是一个与以往美国阿波罗计划和苏联“月球”号任务采集月壤时完全不同的新地点,此前从未有其他国家的探测器到访过。风暴洋相对较年轻,富集铀、钍、钾等放射性元素,该地存在大约13亿至20亿年前的玄武岩,获得这些年轻玄武岩的同位素年龄,将有助于推进对月球火山活动和演化历史的认识。

  世界权威学术期刊《自然》11月5日也曾刊文指出,“嫦娥五号”的此次采样工作可以填补科学家对月球火山活动研究的一个重要空白。此前对美苏获取月壤样品的研究表明,月球上的火山活动在35亿年前达到顶峰,然后减弱并停止。

  不过,对月球表面的观测发现,某些区域可能含有最近10至20亿年前才形成的火山熔岩,这与嫦娥五号此次着陆的风暴洋的年龄相仿。假使嫦娥五号采回的样本可以证实这段时间月球仍在活动,那么这将改写月球的历史。

  多位航天专家指出,此次任务将有望实现中国航天史上的四个首次,即:首次在月球表面自动采样,首次从月面起飞,首次在38万公里外的月球轨道进行无人交会对接,首次带月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

  “此次任务最大的难点就是采样返回。”黄志澄告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn),“之前美国阿波罗计划都是有人在月球表面开展采样工作的,在有人现场操控的情况下搞采样返回的困难相对无人要小。鉴于此次任务没有载人,所以我们既要准确地定位,又要提前设置好无人交会对接等关键步骤的时间点,这要求我们每项技术都要完整过关。此外,由于航天器将以第二宇宙速度返回地球,故在此过程中航天器的防热技术也将经受考验。”

  “正因如此,我们因对此次‘嫦五’任务给予充分的期待,因其若获得成功,那么将成为中国走向航天强国的重要标志。”黄志澄向澎湃新闻表示。

  澎湃新闻记者 胡甄卿 实习生 李依农

  (实习生金世元对本文亦有贡献)

到外星去“挖土”,真人和机器谁更强

  嫦娥五号采样大戏奏序曲
  到外星去“挖土”,真人和机器谁更强

  11月17日,长征五号遥五运载火箭和嫦娥五号探测器已垂直转运至发射区,国人期盼已久的月球采样大戏已经奏响序曲,即将揭开大幕。

  据国家航天局介绍,嫦娥五号任务是中国探月工程第六次任务,计划实现月面自动采样返回,是我国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务之一。

  国际上开展过哪些外星“挖土”的尝试?有人采集和无人采集哪种方式更好?航天专家向科技日报记者进行了介绍。

  装备越好宇航员采集样品越丰厚

  半个世纪前,美国通过阿波罗计划,率先从月球带回了共计381.7千克的月岩样品。

  1969年7月,阿波罗11号飞船降落在月球赤道附近的宁静之海。完成人类首次登月壮举的宇航员阿姆斯特朗和奥尔德林,用装在一根杆子顶端的采样袋采集土壤,并将装满的采样袋揣在“裤兜”里,又用铲子和带有机械爪的探杆拾取岩石。奥尔德林还抄起钻杆和锤子,取到了2根岩芯。二人在月球表面待了2小时32分钟,累计行动了约1公里,直到地面警告他们代谢率过高,才依依不舍地回到飞船上。这次,他们一共得到了21.55千克月球样品。

  阿波罗12号和14号,也降落在月球赤道上,宇航员采集样品的劲头越来越足,采回的数量也越来越多。到阿波罗15号任务时,宇航员的装备“鸟枪换炮”,携带了一辆由波音公司研制的月球车,宇航员艾尔文也成为首位在月球上开车的人。交通工具的出现,让登月宇航员的活动范围大大增加,阿波罗16号宇航员约翰·杨还飙出了时速11公里的月球纪录,同时他们采集的样品相比前几次任务也成倍增长。

  在阿波罗17号飞船上,出现了一名特殊的宇航员,他就是整个阿波罗计划中唯一一名地质学家施密特。他的加入,将月球“挖土”事业推上了巅峰。如痴如狂的施密特带着指令长塞尔南奋力挖掘,3次月面活动总计工作了22小时,带回了总重111千克的741个样本,其中包括一根深钻3米取得的岩芯。

  无人探测采样活动五花八门

  作为登月竞赛中美国的对手,苏联由于载人登月计划受挫,转而开始了无人月球采样的探索,并成为该技术途径的先行者。利用月球16号、20号、24号探测器苏联共在月球采集到了300多克样品。

  随着航天技术发展,人类探索的目标不再局限于月球,开展了五花八门的无人外星“挖土”活动。

  1999年2月,美国发射了星尘号彗星探测器,主要任务是飞往怀尔德2号彗星,在穿过彗尾过程中采集尘埃及气体样本,并送回地球。

  2004年1月2日,星尘号与怀尔德2号交会,遭到数百万彗星微粒的撞击。其间,星尘号伸出一个类似网球拍的“气凝胶尘埃收集器”,收集彗星的尘埃微粒。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩介绍,这个全球独一无二的“气凝胶尘埃收集器”,由美籍华人科学家邹哲设计。当粒子撞上气凝胶时,会立即把自己“埋”在里面。采集工作完成后,收集器折叠收入羽毛球状返回舱,将样品贮存于容器中,返回地面后,科学家再从中寻找彗星尘埃。

  2001年8月,美国起源号探测器升空,飞行4个月后抵达日地拉格朗日1点,并在该位置工作850天,采集了10到20微克太阳风粒子。

  起源号上的收集设备非常纯净。庞之浩介绍,起源号看上去像一块打开的腕表,采样返回舱安装在平台顶部。采样罐内装有太阳风粒子采集器阵列和离子集中器,利用中心旋转机械装置展开采集器阵列。不过,2004年9月该探测器在返回下降过程中,由于加速度计安装错误,导致主降落伞没能按程序打开,返回舱以每小时32公里的速度撞到地面而遭到损坏,最终研究人员只收回了部分太阳风粒子。

  这并非人类第一次尝试获取太阳样本,实际上从阿波罗11号飞船开始,阿波罗计划也开展了太阳风成分实验。庞之浩说,阿波罗任务是利用飞船表面的一块锡箔,在地月空间收集太阳样本。不过,科学家很难分辨采到的物质究竟是来自太阳还是锡箔本身。

  2003年,日本率先开展了小行星采样尝试。是年5月,世界首个小行星采样返回探测器隼鸟1号发射,于2005年9月飞抵糸川小行星20公里高度轨道。隼鸟1号通过在小行星着陆、吸入飞溅粉尘的方式采集样品,不过任务期间它出现故障,直到2010年6月才返回地球。虽然任务完成得一波三折,但它仍使日本成为全球首个实现小行星采样返回的国家,目前已确认探测器在糸川小行星表面获取了1500粒样品。

  2014年12月,日本发射了更先进的隼鸟2号,对龙宫小行星进行了探测。该探测器的采样方式是先向小行星发射金属弹,然后在撞击坑处着陆,吸收飞溅碎片后迅速飞离。隼鸟2号先后实施了3次采样,共采到20克以上样品。其预计在2020年底将样品送回地球。

  最近的一次小行星采样活动,发生在今年10月20日——美国冥王号探测器使用采样机械臂末端的采样器,从贝努小行星表面采集了60克以上的风化层样品。该探测器计划在2023年9月将采样返回舱送回地球。

  此外,美国还于今年7月30日发射了毅力号火星探测器,计划让其探索火星杰泽罗陨坑并采集样品。这些样品将被毅力号保存,在2031年美欧联合实施的太空任务中带回地球。

  有人采集和无人采集各有千秋

  回顾人类的外星“挖土”史可以看出,除了阿波罗计划采用有人采集方式,其余的均为无人采集。两种方式孰优孰劣?人与机器相比,“挖土”哪家强?

  庞之浩表示,从采样数量上看,有人采集无疑占优。阿波罗计划共带回约380千克样品,相比同时期苏联实施的无人采集任务,样品重量超出上千倍。这些样品至今都没有研究完,大部分还封存在实验室里。

  中国航天科工集团二院研究员杨宇光认为,有人采集更大的优点,是可以在任务中随机应变,处置不同的情况。

  航天器的装载容量有限,所采集样品有多大意义,取决于其代表性和特殊性。杨宇光说,例如阿波罗17号任务中,施密特捡到了一块橙色月球岩石,极为特别。这样的稀有样品,只有靠宇航员仔细寻找才能得到,通过无人采样方式几乎不可能获取。

  然而,宇航员的参与,使得航天任务的难度和成本大大增加。

  杨宇光说,一艘阿波罗飞船重约45吨,而苏联的“月球”系列无人采样探测器重量不足6吨,我国嫦娥五号探测器重8吨多。同时,载人飞行任务对安全性、可靠性,以及生命保障系统等要求很高,这都直接影响着工程规模及成本。

  庞之浩进一步解释说,一艘阿波罗登月飞船比等重黄金贵十多倍,而发射阿波罗飞船所用的土星五号火箭,造价高达5亿美元。阿波罗计划历时11年,耗资255亿美元,为实施该计划,美国国家航空航天局(NASA)每年预算占到美国政府总预算的4.5%左右,平均每个美国家庭要负担400多美元。

  而无人采集不仅工程规模较小、成本较低,而且无需考虑生保、补给等问题,任务周期可达数年之久,探测距离也达到数亿公里。杨宇光认为,至少在未来十几年里,无人采集方式都将是外星“挖土”的主流。

  不过,有人采集也不是全无用武之地。杨宇光说,对于一些情况复杂、目的性较强的特殊任务,例如发现一颗很有意思的小行星,要去采集一些特别的样本,就要依靠人来完成了。这种情况下,付出多一些成本和时间,也是值得的。

  到更远的未来,如果人类在月球建立永久基地,产生了更多科学与工程上的需求,那么也需要宇航员长期驻扎,开展更大范围的考察活动。