中国冲刺月球计划 | PW专栏
►带我飞向月球 中国将在未来18个月内进行两次月球探测，一次前往月球远地面，另一次将带回样品。（中国国家航天局，CNSA）
导语：
中国将发射人类首个前往月球远地面的航天器，那时中国将成为世界探月的领导者。
撰文 | 辛晓玲
翻译 | 尤晓嘉
责编 | 陈晓雪
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1978年，前美国国家安全事务助理兹比格涅夫·布热津斯基(Zbigniew Brzezinski)访问北京时，赠送了中方一份特殊的礼物：1g封装在树脂玻璃中的月球土壤。当时的中国，没有几个人知道该如何处理这些样品，所以地球化学家欧阳自远从西南偏远地区被召回，专门负责研究这一样品。凭借有限的仪器和技术条件，他的团队研究了一半的样品，并推测出这些样品来自阿波罗17号——人类的最后一次登月任务。
直到20世纪90年代，中国才开始规划自己的探月计划。欧阳自远和同事们绘制了宏伟的月球计划蓝图，并以中国神话中的月宫仙女“嫦娥”为其命名。他们设想了一系列无人计划以及最终的载人计划，其中前三次无人计划已在2007年，2010年和2013年圆满完成。近期，中国探月计划无人部分进入最后阶段，该阶段包括两个任务：在11月，“嫦娥5号”将会带回2kg月球土壤，而在2018年底，“嫦娥4号”将完成人类历史首次在月球远地面的着落。
一个巨大的贡献
嫦娥5号的任务预计持续数日，航天器将在月球表面一个尚未确认的地点停留数小时。嫦娥5号将钻探月球土壤并用一个2米长的管子收集土壤样品，这一管子可以装入返回舱。“阿波罗计划和（前苏联）月球计划一共到达过月球上的九个位置，这九个位置都在月球这面靠近赤道的区域，”伦敦大学伯贝克学院的月球探测专家伊恩·克劳福德（Ian Crawford）说。“从月球的其他区域采集样本十分重要，嫦娥5号可能会做出巨大的贡献。”克劳福德补充说，如果嫦娥5号像报道的一样选择在风暴洋（Oceanus Procellarum）的西北部着落，这将是一个理想的位置，因为那个区域有源于各个时期的玄武岩，将有助于更好地了解月球地幔演变的过程。
此外，美国圣母大学对月球火山物质的研究前景非常兴奋，而月球火山物质目前尚未被研究。“这些样品可以帮助我们了解二十亿年前月球火山喷发的原因，并厘清月球地幔的资源成分和月球的热演化史。”克劳福德说。
欧阳自远告诉《物理世界》，返回的全部样品将首先由通过提案申请的中国科研人员研究。而国外的申请者将在一年后被邀请参与研究。欧阳自远补充说，很多土壤样品将会被保存在北京的中国国家天文台（NAOC）。
月球远地面
由于潮汐锁定，月球朝向地球的永远是相同的近地面，远地面始终是不可见的。研究表明，月球远地面是一个完全不同的世界，在地质学上更加古老，而且以高地为主，与近地面普遍的平原地貌截然不同。尽管美国宇航局（NASA）和欧洲太空总署都研究过远地面任务的可行性，中国却将可能成为首个真正到达月球远地面的国家。
嫦娥4号原本只是作为嫦娥3号登月任务的一个后备方案，但在嫦娥3号任务取得成功后 42 35995 42 15265 0 0 4673 0 0:00:07 0:00:03 0:00:04 4672被重新提出并确定登陆月球远地面。该任务预计在2018年下半年发射。在此之前，中国将在2018年中发射一枚中继卫星到地月拉格朗日L2点，以帮助嫦娥4号与地球之间的通讯。嫦娥4号将会降落在月球南极-艾特肯盆地（South Pole-Aitken Basin）区域，那里是月球上最大，也有可能是最古老的陨石坑。这次任务不只使用地形照相机和探测雷达，还有低频无线电天线。月球远地面被认为是最好的测量氢原子21厘米辐射的地方。21厘米辐射可用于研究星系的质量和动力学，使科学家可以窥见从大爆炸到第一颗恒星诞生之间的“宇宙黑暗时代”时期的信息。
科学家还将通过嫦娥4号在中继卫星和两颗绕月球运行的微卫星上设立无线电天线，并制造一个无线电干涉仪。“这很困难，但如果能成功，我们就为未来在月球表面或附近设立大型无线电设施铺平了道路。”来自荷兰奈梅亨市拉德保德大学（Radboud University）的马克·克莱因·沃特（Marc Klein Wolt ）说，他是中继卫星天线研发的负责人。
参与两颗绕月微卫星研究的中国国家天文台学者陈学雷也强调了这部分任务的不确定性。“我们大致知道在这个波段要观测什么，但老实说，因为从来没有人这样做过，所以我们也不确定会看到些什么。”陈学雷告诉《物理世界》。他还说，主要的技术挑战是降低卫星和着陆器的无线电噪声。如果无法降低噪声，可能会“严重影响”收集数据的质量。
嫦娥4号也将是中国首次引入国际合作的探月项目，将带有四个国外制造的负载。“国际合作很重要，也值得鼓励。”负责嫦娥4号科学有效负荷的副总工程师，来自国家空间科学中心的王赤说，“这将有助于澄清外界关于中国探月目的的一些误解，也可以更有效地推动中国探月科学进步。”
月球之外
中国关于月球研究的努力，并不会止于嫦娥4号。2018年之后的计划还包括：远地面的样品采集，前往月球两极寻找水，以及在2020-2030年建立包括长期无人研究设施的月球科学站。“我确定中国探月计划中受益最大的将会是科学，”克劳福德说。
米歇尔·布兰克（Michel Blanc）是法国图卢兹天体物理学与行星学研究中心（Research Institute in Astrophysics and Planetology）的天文学家，同时也是北京国际空间科学研究院执行主席。他说，中国正成为月球探索的主力军。“当时机成熟，中国将通过开放的国际竞争选择科学负载，那时，中国将可以在设计最完善的空间任务中开展最好的科学研究，这将是很多国家羡慕的一个位置，世界上空间技术最先进的几个国家才能做到的关键特征。”
火星在召唤
在中国的月球计划紧锣密鼓进行的同时，科学家已经制定同样雄心勃勃的火星计划。虽然这项计划尚未得到政府的批准，火星计划的第一次任务将可能在2020年启动，包括一个颗卫星，一个着陆器和一台探测车，并涉及到与瑞士和奥地利两国的合作。“我们正在研制原型机。”王赤补充说。第二次探测预计在2030年之前进行，将从火星带回样本。
本文为Physics World专栏的第四篇。
第一篇：中国的挑战和变化
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原文标题“China targets lunar missions"，首发于Physics World，英国物理学会出版社授权《知识分子》翻译。中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。未经授权的翻译是侵权行为，版权方将保留追究法律责任的权利。
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