月面“挖土”,嫦娥五号有绝招

【环球时报记者 刘扬 邓孝慈】《环球时报》记者从国家航天局获悉,探月工程嫦娥五号着陆器和上升器组合体于12月1日23时许成功着陆月面后,开展了太阳翼展开、机构解锁等相关准备工作。北京时间2日4时53分,着陆器和上升器组合体完成月球钻取采样及封装。目前,着陆器和上升器组合体正按计划进行表取采样。随着采样任务的进行,中国首次进行地外天体采样与封装的目标已经接近完成。为何嫦娥五号任务此次选择了两种采样方式“挖土”?有人采样和无人“挖土”有哪些差异?中国首次去月球“挖土”又有哪些重大意义呢?

为何选择两种“挖土”模式

据国家航天局介绍,嫦娥五号探测器自动采样任务采用表钻结合,多点采样的方式,设计了钻具钻取和机械臂表取两种“挖土”模式。

航天科技集团五院嫦娥五号探测器系统副总设计师彭兢介绍称,从完成任务本身来讲,过去人类历史上无人月球采样,只有苏联用钻取方式,他们的钻头中间是一个中空结构,通过把钻头深入到月球表面以下,然后中空的管子里边能够取样。我们过了几十年再采样的话,当然也可以在苏联已经使用的这种钻取采样的基础上,提高技术水平,比如说采更多的样,还有另外一种方式就是换一种采样方法,然后获得不同的样品。所以从这个角度考虑,我们认为单一的采样方式获取的样品形式种类和总量等方面受限制比较多,用两种方式能够获得更多种类、更多数量的样品。另外我们从工程本身来讲,设计钻取和表取这两种方式,可以互为备份。

挖完土之后,为了安全带回地球,还要对采集到的样品进行打包,这个过程被探月工程首任总指挥栾恩杰比喻为“装香肠”。他在接受媒体采访时表示,要把钻取的岩芯部分装进一个包裹,这个包裹形状是长的,像个香肠一样,把样本紧密地包裹好,封装好。这些土壤不能在转移到地球的时候被污染了,因为地球和月球环境不一样,有些物质一定要在非常洁净的环境下保存。

俄罗斯科学院航天研究所核行星学科室主任伊戈尔·米特罗法诺夫2日在接受俄卫星通讯社采访时表示,“嫦娥五号任务是创新型的,并不是其他国家以前完成的项目的重复。”米特罗法诺夫解释说,独特之处在于,探测器带着货物返回时,两个设备将自动在绕月轨道上对接,这还是有史以来第一次。第二个特点是计划采集的月壤样品约为2公斤。这是苏联探测器带回到地球样品质量的10倍(原文如此——编者注)。

采集月球“土特产”,有人无人哪家强

相比嫦娥五号此次的创新性采样方式,在冷战时期美苏则采取了不同的采样方式。据航天专家介绍,1969年7月至1972年12月,美国通过“阿波罗11号”到“阿波罗17号”载人飞船实施了7次载人登月任务,除了“阿波罗13号”因故障中途返回,其余6艘飞船皆完成登月,成功将12名航天员送上月球,共带回月壤和月岩样品约381.7公斤。

而苏联“月球16号”“月球20号”和“月球24号”3个无人月球探测器进行3次月球采样返回任务,带回的月球土壤样品300多克。除了月球采样,人类还对彗星、小行星等地外星球进行了无人采样返回探测。

全国空间探测首席科学传播专家庞之浩对《环球时报》记者表示,载人飞船从月球采样返回,不仅采集量大、选择性强,而且采集范围可以很广,因为航天员可以到舱外活动,还能乘月球车漫游到比较远的地方去采集月球样品。例如,美国“阿波罗”系列任务采样位置的地理分布、地质特征就非常丰富。也有专家认为,有人采集更大的优点,是可以在任务中随机应变,处置不同情况。

不过,有人采样使得航天任务的难度和成本大大增加。中国航天科工集团二院研究员杨宇光认为,一艘“阿波罗”飞船重约45吨,而苏联的“月球”系列无人采样探测器重量不足6吨。同时,载人飞行任务对安全性、可靠性以及生命保障系统等要求很高,这都直接影响着工程规模及成本。

月球“挖土”意义重大

米特罗法诺夫表示,根据观测数据,中国着陆和采样区域的月壤具有更高的天然放射性元素浓度。先前美苏带回的土壤年龄要大得多。对嫦娥五号任务带回的样品进行分析将加深我们对月球地质特性和演化历史的了解。

据庞之浩介绍,科研人员通过研究发现,月壤中含有大量微小的橘红色玻璃形式颗粒,这些颗粒一般富含铝、硫和锌,它们是在月幔部分融化过程中,于月球表面下约300公里深处形成,因火山活动而喷出到月球表面。通过对样品的分析与实验证实,月壤和月岩中氧化铁的含量很高,从中可以制取水和氧,未来可利用月面物质支持月球科研站的运行,并为登月飞行器补充燃料。更重要的是,科学家还在采集回来的样品中发现了核聚变的理想原料氦-3。

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