嫦娥奔月:嫦娥5號今晚發射 將帶2公斤月壤回地球

2020-11-23 17:57:11
五郎

評論員,關注戰略問題、軍事歷史、軍事裝備。

嫦娥5號結構與各個主要子系統工作示顯號(微博擷圖)

【香港輕新聞】據《新華網》報道,長征5號遙五運載火箭和嫦娥5號探測器在中國文昌航天發射場完成技術區總裝測試工作後,已於11月17日垂直轉運至發射區,計劃於11月24日凌晨發射。本次嫦娥5號月球探測器計劃將是中國首次從月球採樣,並把月壤或月岩等樣品帶回地球,屆時將有望為中國探月工程「繞、落、回」三步走發展戰略畫上一個圓滿的句號。

嫦娥5號主要結構圖(解放軍報號片)

嫦娥5號原本計劃在2017年發射,但由於唯一能提供足夠載荷將其送入月球軌道的長征5號運載火箭遙2箭於2017年發射失敗,整個火箭型號需要進行工程歸零找出設計缺陷,導致長征5號系列火箭需推遲所有發射任務,至去年底才再次發射成功,因此嫦娥5號亦推遲到今年底才發射。

嫦娥5號結構詳解圖(微博擷圖)

月壤月岩科學價值極高

「月壤即月球的土壤,雖然在月球上唾手可得,但是對地球人來說卻蘊藏著巨大的科學價值。」中國地質大學(武漢)行星科學研究所教授肖龍說,月壤是研究月球的樣本,由月球岩石在遭受隕石撞擊、太陽風轟擊和宇宙射線輻射等空間風化作用後形成,其中有大量的月球岩石碎塊、礦物及隕石等物質。科學家通過研究這些月壤物質,既可以了解月球的地質演化歷史,也可以為瞭解太陽活動等提供必要的信息。

中國空間探測首席科學傳播專家龐之浩告訴科技日報記者,探測月球有3種常用方法,一是環繞探測,主要用於對月球進行綜合性普查;二是著陸和巡視探測,主要用於對月球進行區域性詳查;三是採樣返回探測,主要用於對月球進行區域性精查。相比前兩種方法,採樣返回探測,可以將月球的月壤等關鍵性樣品運回地面實驗室供科學家進行精准分析研究,有利於進一步瞭解月球的狀態、溫度、物質含量等重要信息,深化對月壤、月殼和月球形成演化的認識。

龐之浩表示,從技術層面看,3種空間探測方式有明顯的遞進關係,每一步都是對前一步的深化,並同時為下一步奠定基礎,最終達到全面、深入瞭解月球的目的。完成月球取樣返回任務,需要經歷一個全面、精細、深入的科學探測過程,可以突破一系列關鍵技術,並為今後載人登月和月球基地選址等提供有關數據、奠定技術基礎。

嫦娥五號著陸位置未有其他探測器到訪過

據龐之浩介紹,嫦娥5號將採用具有世界領先水平的月球軌道無人對接方案轉移月壤,月面上升器不用搭載返回艙,只需少量燃料,因此採樣重量可大大提高。嫦娥5號計劃將帶回2公斤月球樣品。

而嫦娥5號的著陸地點也具有很高的研究價值。嫦娥5號將在月球正面最大的月海風暴洋北部呂姆克山脈附近著陸,此地從未有其他國家的探測器到訪過。風暴洋相對較年輕,富集鈾、釷、鉀等放射性元素,該區域的玄武岩大約形成於13億至20億年前,獲得這些年輕玄武岩的同位素年齡,將有助於推進對月球火山活動和演化歷史的認識。

11月5日國際頂尖科學期刊《自然》便刊文指出,嫦娥5號可以填補科學家對月球火山活動研究的一個重要空白。此前對美、蘇獲取月壤樣品的研究表明,月球上的火山活動在35億年前達到頂峰,然後減弱並停止。但對月球表面的觀測發現,某些區域可能含有最近10至20億年前才形成的火山熔岩,這與嫦娥五號著陸地區的年齡相仿。如果嫦娥五號採回的樣本能夠證實這段時間月球仍在地質活動,將改寫月球的歷史。

冷戰時期的美、蘇探月計劃

成功登月並採樣返回地球的前蘇聯「月球16」號樣本艙(左)及其採集到的月壤樣本(右)(知乎網站擷圖)

美國的月球勘測軌道飛行器於2012年拍攝到的殘存在月球表面上的前蘇聯「月球-24」號下著陸單元(知乎網站擷圖)

冷戰期間,當時的航天超級大國美國和蘇聯都很熱衷於去月球採樣。前蘇聯於1960年代末至70年代初共有3個無人月球探測器成功在月面採樣並返回,分別是月球16號、月球20號和月球24號。其中,月球16號探測器從月球豐饒海取回了一塊101克的小樣本;月球20號探測器和月球24號探測器則分別從阿波羅尼厄斯高地和月球危海採集到了55克與170克樣本。

但當時的前蘇聯尚未掌握月球軌道無人交會對接技術,所以3次月球採樣任務採用的都是從月面起飛直接返回地球方案,這樣其上升器需要克服返回艙與大量燃料帶來的巨大負重,因此極大壓縮了採集的樣本重量,以至3次任務共只帶回的月球土壤樣品326克。

1969年至1972年,美國通過阿波羅11號到阿波羅17號載人飛船實施了7次載人登月任務,除了阿波羅13號因發生故障中途返回,其餘6艘飛船皆完成登月,共帶回月壤和月岩樣品約381.7千克,而且美國採集的月球樣本分佈在月面南北多個區域,包括寧靜之海、赤道平原、哥白尼隕石坑、陶勒斯-利特羅山谷等等,岩石樣本具多樣性,對人類了解月球地質演化歷史、以至月球形成的過程提供幫助巨大。

月球資源或成人類未來能源來源

龐之浩介紹說,科研人員通分析過研究發現,月壤中含有大量微小的橘紅色玻璃形式顆粒,這些顆粒一般富含鋁、硫和鋅,它們是在月幔部分融化過程中,於月球表面下約300公里深處形成,因火山活動而噴出到月球表面。通過對樣品的分析與實驗證實,月壤和月岩中氧化鐵的含量很高,從中可以制取水和氧,未來可利用月面物質支持月球基地的運行,並為登月飛行器補充燃料。

更重要的是,科學家還在採集回來的月壤樣品中發現了核聚變的理想原料氦-3。氦-3在核聚變過程中不會產生中子,使用氦-3作為聚變能源時不會產生無法屏障的輻射,不會為環境帶來危害。而且在核融合反應中,氫的同位素氘與氦-3聚變釋放出的能量是所有已知的核融合反應中最大的。因此氦-3是核融合最理想的燃料。

氦-3是恆星在核融合過程中生成,隨太陽風拋射到行星表面土層上。礙於地球有磁場及大氣的阻隔,地球上的氦-3儲量極之稀少。而根據月球探測的結果,月球上的氦-3含量估計約100萬噸以上,按照目前地球的能源消耗規模,月球上的氦-3如能工業化開採並用於核聚變發電,能夠滿足人類未來約1萬年的能源需求。

By 2020-11-23

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