九天揽月，筑梦苍穹！地大肖龙教授参与嫦娥五号探月工程计划
这是长征五号遥五运载火箭发射
新华社记者 金立旺 摄
11月24日凌晨4时30分，我国在中国海南文昌航天发射场，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。
本次月球探测器计划将首次实现从月球的采样返回，把月壤和月岩等宝贵样品带回地球，有望为我国探月工程重大科技专项“绕、落、回”三步走发展战略画上一个圆满的句号。我校肖龙教授作为嫦娥五号钻取子系统飞控专家组成员参与此次计划。
月面采样能否成功的关键因素之一，是要了解月壤的性质，并研制出与实际月壤性质较为相似的模拟月壤，用于采样工程技术验证。肖龙教授团队全面调研了阿波罗采集的月壤样品性质，获得了实际月壤的相关参数，以及随深度变化的月壤剖面结构。根据实际月壤的可能状态和月面低重力的工作环境，选取了多种与月壤性质较为相似的地球岩石，选择特定的工艺，对岩石进行破碎加工，制造出颗粒形态和成分等都与实际月壤相似的原料，进而将不同粒度的原料进行粒度配比，经过大量试验和迭代，研制了不同密度、不同级配、不同成分等十多个系列的模拟月壤，被工程单位用作地面钻探试验，确定各项钻探参数，再根据这些参数设定月面钻探取样的工作模式。
肖龙及其团队为嫦娥系列任务研制模拟月壤近10年，总共为工程单位提供了近100吨的模拟月壤。近期他们还研制了用于材料加工（如3D打印）的模拟月壤，以及模拟火星土壤等，为月球基地建设、火星探测、地外资源利用等，提供支撑。
肖龙教授还参与了嫦娥五号科学目标的论证和采样点的选址工作。嫦娥五号将在月球正面最大的月海风暴洋北部吕姆克山脉附近着陆，此地从未有其他国家的探测器到访过。为什么选择此处采样？
肖龙表示，着陆点的选址最主要考虑两点，一是工程的安全性，二是要有重要的科学价值。工程方面，主要考虑地形、地貌、坡度、光照和通讯条件等因素。科学方面，重点考虑在月球科学中的价值，能否为回答月球科学问题提供关键样本。着陆点要远离以往着陆采样区，还要有与以往不一样的样品，能够回答以往没有解决的科学问题。吕姆克山区域，有月球上最年轻的火山岩，样品的研究意义很大。
对话肖龙教授：“月球采样”那些事
“嫦娥五号”迈出了中国探月工程“绕落回”的关键一步，计划目标是实现月面自动采样并成功返回。这是我国探月工程最复杂、难度最大的任务之一。人类已经有四十多年没有从月面采集月壤和月岩了，“月球采样”究竟有何意义？记者23日采访了中国地质大学（武汉）行星地质学教授肖龙。
11月24日4时30分，长征五号遥五运载火箭发射升空
“无人采样”计划月球采样2000克
文汇报：在社会高度关注“嫦五”的同时，很多读者也第一次听到“行星地质学”这个词，请先介绍一下，“行星地质学”研究的是什么？
肖龙：行星地质学是行星科学的一部分。在1969年7月“阿波罗”飞船月球采样返回之前，我们对月球的认识是很肤浅的。“阿波罗”月球样品研究对月球科学起到了革命性的作用。正是由于“阿波罗”样品的成功返回，提供了研究月球的实际材料，再结合大量遥感探测数据的研究，才开启了行星地质学学科。可以说，是“阿波罗”任务开启了行星地质研究的先河。现今，行星地质的研究对象包括了所有有岩石表面的天体，包括行星和卫星、小行星等。行星地质学研究月球、火星等类地天体的地形地貌物质组成，构造变形，以及它们的形成和演化历史，这和地球科学家研究地球类似。从太阳系的角度来看，地球也是行星之一，而且研究其他行星通常是要借鉴我们对地球的认知。通俗地说，行星地质就是研究月球、火星等星球它们长什么样子，是什么物质组成的，又是怎么形成的等等。
文汇报：请简要介绍一下人类“月球采样”的历程。
肖龙：迄今为止，人类的月球采样分为“载人登月采样”和“无人采样”两种方式。美国历次“阿波罗计划”总共采集了2415块标本，总计约382千克。苏联的“月球计划”以无人采样的方式分3次取回了326克月球样本。美苏相加，尚不满400千克。“嫦娥五号”采用的也是无人采样，目标是一次月球采样2000克。
文汇报：取回这2000克月壤月岩，有哪些重要意义？
肖龙：月壤是月球岩石经过数十亿年的空间风化后形成的，包含不同粒度的岩石碎屑、矿物碎屑、陨石碎屑、撞击熔体碎屑、火山玻璃和各种角砾岩，还有太阳风注入的各种粒子等。因此，科学家可以通过研究月壤中不同的组分，来获得原始月球的物质组成、外来物质、形成时间等重要信息。研究月球的土壤还可以帮助我们了解早期太阳活动情况，从而为了解地球早期经历的相关地质过程提供参考。从我国的行星科学来说，将利用这些宝贵的样品，为认识月球开展深入的研究。其科学成果和不断进步的工程技术，也有助于将来的载入登月和火星、小行星探测任务。
嫦娥五号携带月球样品返回模拟图
月球采样有多难？
文汇报：您参与了月面着陆点的选择，请教一下选择着陆点时主要考虑哪些因素？
肖龙：着陆点的选择最主要考虑两点，一是工程的安全性，二是要有重要的科学价值。工程方面，主要考虑地形、地貌、坡度、光照和通讯等因素。科学方面，要重点考虑在月球科学中的价值，能否为回答月球科学问题提供关键样本。例如，我们不能落在以往“阿波罗”的采样点附近，也不能靠近苏联的采样点；着陆点要有与以往不一样的样品，能够回答以往没有解决的科学问题。
文汇报：为什么我国首次取月球土壤岩石就采用钻探的方式？是不是地表以下的岩石蕴含着月球和太阳系更多的信息？
肖龙：钻探采样，就是想获得从表面到地下一定深度的样品。月球的月壤从表面到深部，其物质组成、粒度等性质有很大差异，不同深度的月壤记录的月球科学信息也有所差异，因此需要获得地下的样品，而且要连续，保持原始的层理信息。这些样品中包含有太阳风和宇宙射线与月岩相互作用的产物，因此对于了解太阳的活动历史也是很重要的。
文汇报：据悉，“嫦五”这次钻探深度达2米左右。月球无人钻探的难度在哪里？月面会不会太坚硬而钻不下去？钻探设备采用何种动力以使它的动力足够强劲？
肖龙：无人钻探确实难度非常大，主要是月面没有水，不能对钻头进行冷却，只能干钻，速度快了温度升高也快，极有可能导致烧钻，导致钻探失败。此外，钻取的样品如何进行转移封装等，都有很多技术难题。这次钻探的主要目标是细粒的月壤，如果碰到坚硬的岩石，就很难钻进了。钻机的动力主要是靠太阳能，因此动力也是有限的。
文汇报：万一钻探设备发生故障，有没有采用别的方式取回月球土壤的预案？
肖龙：为了保证采样成功，除了钻探采样外，还要从月球表面抓取月壤。计划中的2000克样品，主要来自抓取。
肖龙教授考察柴达木盆地类火星地貌（受访者供图）
打开月壤月岩里深藏的秘密
文汇报：有报道说，取回月岩有助于弄清月球何时停止火山活动，弄懂“月球何时停止火山活动”有多重要？地球不是还一直在火山喷发吗？如果月球还未停止火山活动，是不是可以说月球的内核还是“热”的，月球就还没有“死去”？
肖龙：每个天体的生命周期都是有限的，一般体积大的天体寿命要大于小的天体。月球只有地球十分之一的质量，因此它会远早于地球停止来自其自身内部的地质活动。与地球类似，火山和地震等是月球最直观和最重要的地质活动现象。根据“阿波罗”的样品研究，发现月球上的火山岩年龄都老于30亿年，因此科学家推测月球的生命在那个时间就停止了。但后来的研究发现，月球还可能有一些更为年轻的火山岩。如果这一解释能够得到样品数据的支持，就会改写我们以往的认识。行星地质学家就要重新解释，为什么月球在距今十几亿年还有火山活动，它的热源来自哪里？等等。这类研究，也会对我们分析地球等类地行星的生命周期提供帮助。
文汇报：如果月球不久前还发生过火山喷发和月震，会不会影响将来人类在月球上建立基地？
肖龙：地质学上使用的年龄单位是百万年，甚至是亿年。我们所说的“年轻”火山活动也是十几亿年之前的事情了，那时地球上还没有出现高等生命。科学家没有发现月球上有活火山，因此不会对建立月球基地有影响。
文汇报：科学家对月球的研究，是不是会带来我们对地球生命起源的新认识？
肖龙：地球生命起源是个未解之谜。研究月球无法给出直接答案，但是有些现象和事实可以帮助我们分析生命起源的可能性。一是月球上分布有无数的撞击坑，这些撞击事件，可以将月球上的岩石撞碎，并以极快的速度飞出月球引力区，部分就落到地球上。同样的原因，我们在地球上也找到了不少的火星陨石。这说明太阳系不同天体的物质可以通过撞击溅射相互交换。因此，不排除早期地球的生命物质是来自其他天体的可能性。另一方面，地球和月球之间的潮汐作用，也可能为地球海洋生命登陆提供了可能。
文汇报：土壤学家说，在地球上形成1厘米的土壤，要100-1000年的时光。您认为在月球上，如果产生1厘米的土壤，要多少年呢？是不是因为月球表面没有有机物，所以土壤形成时间要长得多？
肖龙：从岩石转化为土壤的过程，称为风化作用，包括物理风化、化学风化和生物风化三大类。地球上土壤的形成速率与岩石的性质和所处的气候环境等密切相关。月球上缺少化学风化和生物风化，只有物理风化作用。从岩石形成土壤的过程经历了陨石撞击破碎、太阳风和宇宙射线的照射、极大的温差不断使得石块碎裂变成小颗粒、最后形成粒径不到一毫米的月壤。科学家通过不同的模型计算，其结果相差很大，但形成1厘米厚的月壤至少也要上千万年。
文汇报：您对我国探月工程“月球采样”的愿景是什么？
肖龙：首先是期待这次任务圆满完成。此外，我非常期待中国航天能够早日实现载人登月。经过培训的宇航员就是月球上的地质学家，他们将有能力识别不一样的岩石和土壤，这样就可以收集和带回更多有科学价值的样品，为我们认识月球和地球本身提供更多科学依据。
（来源：文汇报 记者 郑蔚）
文｜庞伟红
图片来源｜新华网 央视新闻 文汇报
微信编辑｜雷龚鸣
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