赴月挖土有多难？

嫦娥五号探测器实施动力下降并成功着陆

“嫦娥五号”很可能采集到形成于10～20亿年前的年轻样品，从而填补目前月球样本的空白时间段，帮助构建更加全面的月球演化史。

11月24日凌晨4时30分，在海南文昌航天发射场，“长征五号遥五”运载火箭成功发射“嫦娥五号”探测器。

火箭飞行约2200秒后，顺利将“嫦娥五号”送入预定轨道。执行首次月球采样任务的“嫦娥五号”，使得中国成为第三个将月球样品带回地球的国家。

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

上世纪60年代，美国国家航空航天局（NASA）的宇航员在阿波罗登月计划中，靠人力将累计380多千克的月球样品带回地球。冷战氛围下，苏联的一系列月球号无人飞行器，亦实现将共计300克的样品带回月球。

此前最后一次人类从月球带回样品，是在1976年的“月球24号”。

这一次，“嫦娥五号”的目标是带回2千克的月球样本。若取样成功，无疑给中国载人航空登月直至下一步的月球科研站，打下一针强心剂。

无独有偶，日本的小行星探测器“隼鸟2号”，12月6日将携带小行星尘土返回地球，创下人类在航空航天史上的又一壮举。

2019年7月11日，日本“隼鸟2号”太空探测器第二次登陆小行星“龙宫”，在距地球约3.4亿公里处成功采集小行星内部物质样本

“婵娟”“寒月”“玉盘”，古人从地面仰视月亮，衍生了无数唯美的比喻。到了21世纪，中国无人探测器先后两次着陆月球，拍摄到了月球正面、背面高清图。

这属于2004年启动的嫦娥探月“绕”“落”“回”计划的一环。最终章“回”，是由“嫦娥五号”承担，任务、难度均为史上之最。“嫦娥五号”的探测器重达8200千克，远超之前的嫦娥系列飞行器，因而采用的是“长征五号”发射，而非平时的中型三号火箭。

作为史上最“胖”的月球探测器，“嫦娥五号”有四件套，相比于“嫦娥一号”“嫦娥二号”的一件套、“嫦娥三号”（2013年12月着陆至月球表面）的两件套、“嫦娥四号”（2019年1月在月球背面着陆）的三件套，恰恰能说明其所需承载采样返回任务之重。

厘米级高精度护送样品

有科学家评价，这项任务很多事情都可能出错：着陆器可能会坠地或翻倒，途中样本可能会从存储器中逃逸，但“我们都希望它能成功”。

从具体步骤来看，“嫦娥五号”先后要完成的是：发射火箭—从地球上空飞到月球上空—着陆在月球表面—在月球表面挖土采样—从月球表面起飞—从月球飞回地球上空—把样品扔回地球。

自第二步起，“嫦娥五号”到了月球轨道之后，四件套即开始两两分头行动：着陆器带着上升器登陆月球采样，轨道器带着返回器在环月轨道待命。

更难的步骤在后面。上升器在月球表面挖土采样结束后，需要离开月球表面，重返轨道，与在此等候的返回器和轨道器实现对接。接着，上升器将采到的样品通过轨道器转移到返回器，再由后者带样品回地球。

嫦娥五号探测器动力下降过程降落相机拍摄的图像

如何实现对接成了难题。各航天器组合器的重量相差较大，如果采取触碰式对接，上升器很容易被撞毁。因此，“嫦娥五号”在设计上，采用“搂紧”方式，类似双臂拉住单杠随后收紧。这种方式对精度要求极高，达到厘米级。中国空间技术研究院曾刊文评价，此步“技术环节多，研制难度大”。

事实上，中国虽然掌握空间交会对接技术，但以往神舟飞船与“空间一号”交会对接是在距地球400公里左右。“嫦娥五号”要实现的，是在距地球38万公里的月球轨道上完成对接，因而无法借助卫星导航的帮助。

待返回器“吞入”样品、关上盖子，上升器的任务也已完成，并迅速分离出来。轨道器和返回器组合体，则在预定时机加速进入月地转移轨道，重返地球怀抱。

带回样本，丰富月球演化史

人类最早上月球挖土的，即为1969年声名远扬的“阿波罗11号”。当时，坐在NASA马歇尔太空飞行中心总指挥位子上的冯·布劳恩，是横跨二战与美苏冷战时期的传奇人物。

他曾为纳粹德国研发出V-2导弹，而后又为美国研发“土星5号”运载火箭，成功将载人飞船送入月球轨道。宇航员阿姆斯特朗在月球上留下脚印的那一趟月球之旅，也为美国带回了21.6千克的月球样本。

沃纳·冯·布劳恩

苏联也不甘落后，虽然为登月项目配套的N-1巨型火箭在1960年代末相继发射失败，但其在1970年使用无人航天器“月球车16号”，带回了101克的月球样品。

美苏两国采回的月球样品，使人类第一次真正接触到有明确产地的月球物质，最终确定了月球一部分区域的绝对年龄，以此建立起了对月球45亿年演化历史的认知。

但在这其中，亦有大量空白和盲区。一个根本原因是，无论是阿波罗计划还是月球车计划，所登陆之处均不能代表较为年轻的月球表面。两国采回来的样品，大多来自月球正面中低纬度的月海区域，形成年龄集中在32亿至42亿年前。

月海

而这次，“嫦娥五号”计划登陆的是月球正面风暴洋北部的吕姆克山（Mons Rümker），它被非常年轻的月海玄武岩包围。相对来说，其表面没有陨石坑，因此，“嫦娥五号”很可能采集到形成于10亿～20亿年前的年轻样品，从而填补目前月球样本的空白时间段，帮助构建更加全面的月球演化史。

天价月球碎片流向何方

月球样本如此珍贵，当人们千辛万苦带回地球以后，各国又是如何处置的呢？

1970年代，美国宇航员运回的近382千克样品，全归美国所有。美国的设想是，先封存起来，让新一代的科学家能以更先进的技术和探测手段，研究月球土壤和岩石。

“阿波罗17”号宇航员哈里森·施密特在收集月球岩石

而据NASA披露，被封存50年的月球岩石，在2019年底被重启研究。阿波罗样本中的化学成分，如里面的氨基酸、释放的气体等，如今被更灵敏的仪器检测。美国科学家希望根据月球上未受污染的物质，来判断早期地球发生了什么。

382千克的样品中，很少量的月球碎片，被作为礼物送给世界上135个国家的领导人和美国50个州的掌权人。

中国恰好是其中获赠的一方。1978年中美即将正式建交之际，美国总统国家安全事务助理布热津斯基访华，向中国赠送了1克月岩。这1克月岩后来被分为两半，一半收藏在北京天文馆，一半被用来做科学研究。

有趣的是，月球样本还会流进市场，进行公开拍卖。2018年，苏联的“月球车16号”在1970年带回的第一批样本——一块月球玄武岩和两块月球土壤，就以85.5万美元的价格被成功拍卖。拍卖行透露，买家是一位匿名的美国收藏家。

据了解，1993年，0.2克的月球样本，拍出价已达44.25万美元。

民企领衔航空航天新“竞赛”

“我们正同俄国人进行战略空间竞赛，并且我们一直以来都处于下风。如果苏联控制外层空间，他们就会控制地球。为确保和平与自由，我们必须争第一。”60年前，美国总统候选人肯尼迪在竞选时如此表述。

他说这话时，美苏航天竞赛正打得火热。1961年，苏联将宇航员加加林送入太空，加加林成为史上到达太空第一人。这也是随后肯尼迪在国情咨文中提出阿波罗计划的缘由——只有用载人航空的方式登陆月球，美国才算赢了这次对决。

世界第一名航天员，尤里·阿列克谢耶维奇·加加林

据披露，为抢在苏联之前发射载人登月飞船，美国至少花费了260亿美元。而在上世纪六七十年代，NASA的预算甚至高于美国国防部，一度接近GDP的5%。

冷战时期的特殊背景催生了人类登月史的辉煌。但随着冷战结束，世界各国关于航空航天的投入与竞赛，却仿佛淡出了大家的视线。

到了21世纪，一个很鲜明的趋势是，航天对垒已经不限于封闭的国家科研团队，而变成了以商业为引擎的竞赛。以特斯拉创始人马斯克为代表的民企SpaceX揭开了商业驱动航空航天的大幕。

经过前三次的发射失败，2008年9月，SpaceX第四次发射的“猎鹰一号”火箭，终于成功入轨。见惯风浪的马斯克激动到感叹：“不知道该说些什么，因为我的脑袋被炸开了。”

SpaceX在这之后获得了官方盖戳，价值16亿美元的NASA订单被马斯克收于囊中。2010年4月，时任总统奥巴马在参观完SpaceX发射基地后，还特地做了一个演讲。SpaceX此后的发展也足以让世人震惊。今年5月，SpaceX的“龙”飞船成功载着两名宇航员遨游太空。

SpaceX的“Mark 3”降落伞系统

在SpaceX影响下，更多的民间科技公司加速布局属于自己的“太空”。少了马斯克的偏执与狂热，多数入局者更加现实主义与实用主义——他们都瞄准了低轨道卫星的运行与组网，以此组成他们的“太空互联网”。

发射火箭，“放卫星”，成了民营企业近年来争先抢占的“太空新基建”项目。较为活跃的，有SpaceX旗下的“星链”（Starlink）、亚马逊、来自英国的 OneWeb和加拿大的Telesat等公司。

相比而言，中国的民用航天事业刚刚迎来第六个年头。2014年，民营火箭企业翎客航天收获了815万元融资。在此之后，长光卫星、蓝箭航天、天仪研究院、零壹空间等民营航天企业，先后拿到了启动资金，中国商业航空产业链也在加速扩张。

刘慈欣曾在《三体》里引用王尔德的话说：“人类都活在阴沟里，但总有人要仰望星空。”到了21世纪，在中国举国体制与商业资本的相互加持下，人们抬头仰望星空时，还在畅想更多的可能性。

世界君问💡

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作者 | 本刊记者 朱秋雨

编辑 | 吴阳煜 [e-mail]

排版 | 翁杰

看世界杂志新媒体出品

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