科技 新浪科技 歐陽自遠:有個性的嫦娥12345,如何不重複美國探月路?

歐陽自遠:有個性的嫦娥12345,如何不重複美國探月路?

「很多事情人家都做過了,中國也不得不做,唯一的要求就是一定要比別人做的好。但總有一兩樣沒人沒幹過的事,中國一定要干。」

1月13日,中國月球探測工程首席科學家、中科院院士歐陽自遠在國家天文台做2021年度新年報告,題目為《承前啟後的嫦娥五號》。「不走老路」的探月精神,不僅體現在嫦娥五號上,也是「嫦娥」姐妹們一以貫之的主線。

登月本身是條老路。1957年蘇聯發射人類第一顆人造衛星,拉開空間時代的帷幕,次年,美蘇兩個超級大國就開始爭相探測月球。

歐陽自遠介紹到,1958年至1976年被稱為人類第一次探月高潮,18年間發射了83個探測器,成功率約為50%。其中,美國實現了6次載人登月,而蘇聯則因火箭屢屢失敗,只實現了3次無人採樣。

最終,美國帶回了381.7斤月球樣本,而蘇聯只帶回了326克。自1976年往後,再也沒有人類登上過月球。美國雖然獨攬空間霸權,但也將注意力轉向了空間站、應用衛星、火星等方向。

隨著人們發現月球還有許多重大問題懸而未決,第二次探月高潮已經來臨。初來乍到的嫦娥姐妹們,如何避免完全重複美國近半個世紀前的老路,走出自己的風采?

歐陽自遠為此在演講中揭秘了嫦娥姐妹們的「個性」。

嫦娥一號

2007年發射的嫦娥一號是嫦娥系列的先鋒,負責的是「繞、落、回」三步走中的「繞」。歐陽自遠透露,因為第一次發射沒有把握,生怕嫦娥一號無法沖向月球,團隊借鑒了鏈球運動的思路,讓嫦娥一號繞著地球轉了三圈加速,足足花了13天19個小時才抵達月球,最後在200公里高的軌道上被月球捕獲。

也因為沒有經驗,嫦娥一號的燃料沒有帶夠,最終選擇主動殉身月球。

雖然嫦娥一號的主要目標是建立中國深空探測的工程體系和基礎設施,培養年輕人才隊伍,為後續的長遠計劃做準備,但她在科學上依然做了一些前無古人的事情,比如測算出了月壤中氦-3的資源量。

歐陽自遠介紹道,氦-3是氦的一種同位素,有望和氫的同位素氘反應作為核聚變原料,是一種非常重要的儲備資源。

原來,太陽風粒子中有豐富的氦-3元素,但因為地球磁場的保護,太陽風粒子一般無法進入地球,而對太陽風大開方便之門的月壤卻吸附了大量氦-3。

俄羅斯科學院院士加里莫夫曾告訴歐陽自遠,採用氘與氦-3核聚變發電,中國每年只需要10噸左右氦-3,即可滿足全部能源需求。經嫦娥一號估算,月壤中大概有110萬噸氦-3資源,能保證中國1萬年以上的能源需求。

嫦娥二號

有了前車之鑒,嫦娥一號的備用星嫦娥二號就要輕車熟路得多,2010年發射,只用了5天就直奔月球,抵達100萬公里高度軌道。她繪製出了史上精度最高的月球表面三維影像,解析度達到7米。

面對半年就完成了月球攝影任務的嫦娥二號,科學家們決定給她增加新任務,讓她盯著太陽活動爆發,積累了珍貴的科學數據。235天之後,嫦娥二號可能有些厭倦這份活了,又繼續接了新單:去迎接一顆名為圖塔蒂斯的小行星。計劃交會距離是1公里以內,最終以870米碰面,可謂一腳精準剎車。

嫦娥三號

「繞」完了,2013年發射的嫦娥三號主要要解決的問題是「落」。落月前100米高度時扣人心弦的三次懸停,是她最彰顯個性的時刻。月面狀況複雜,為了不翻車,科學家們把著陸點的最終選擇權交給了她自己。

107米!嫦娥三號懸停約3秒,期間沿緯度方向最大擺動約18米,在經度方向最大擺動約12米;100!嫦娥三號懸停約2秒,期間沿緯度方向最大擺動約15米,在經度方向最大擺動約12米;97!嫦娥三號三度懸停,期間沿緯度方向最大擺動約21米,在經度方向最大擺動約15米。

最終,嫦娥三號看準地點安全軟著陸,把自己安排得明明白白。同樣一項本領,自然後來也教會了嫦娥四號和嫦娥五號。

嫦娥四號

嫦娥四號的目的地本身就足夠新穎。由於月球自轉和公轉周期的緣故,月球始終有一面背對著地球,稱為月背。2019年1月3日,人類首個在月球背面軟著陸的探測器嫦娥四號穩穩降落在月球南極-艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑。

因為月背與地球之間的通信會被月球本身阻擋,嫦娥四號在地月L2點還安排了小夥伴「鵲橋」中繼星,作為和地球傳話的信使。

為什麼選馮·卡門撞擊坑?因為這裏足夠古老,可能藏著月球嬰兒期的日記。歐陽自遠介紹道,月球年齡大約有45億年,但目前所有的地質活動證據都指向近40億年,最前面的5億年就像中國的夏朝一樣缺乏確鑿考古證據。

大約形成於36億年前的馮·卡門撞擊坑可能剝開了月表物質,暴露出月球最早期的秘密。

嫦娥五號

如果說嫦娥四號的主要目標是「考古」,那麼嫦娥五號的愛好是「追新」。歐陽自遠認為,這一新一舊,就是月球演化史中最重要的兩大謎團。

過去一般認為月球火山活動在35億年前就開始由於月球的冷卻而慢慢減弱,最終在月幔凝固后消失。2020年,嫦娥五號降臨此前美、蘇未曾涉足的風暴洋地區,據科學家推測,這裏的火山噴發歷史可能只有13億年。

因此,嫦娥五號帶回的2千克月壤中,可能就包含最年輕的月球玄武岩,改寫人類對月球演化的認知。

承前啟後的嫦娥五號,給「繞、落、回」無人探月三步走畫了個圓滿的句號。在接下來的載人探月中,歐陽自遠希望中國能繼續走出一條新路。例如,在中國短期內造不出與阿波羅系列的土星五號相匹配的重載火箭的情況下,不妨先建立月球空間站,將宇航員先發射到空間站中「換乘」,再降落月面。