“嫦娥”五号：到月球去“挖土”(2)
确立了现代行星科学
对月球标本的研究，除了可以认识月球，还帮助科学家确立了现代行星科学，为认识各类行星的地质演化过程提供了参考。月壤的样本可以帮助现代行星科学的发展，也可以为类地行星的地质演化研究提供参照。 对月壤的研究不仅涉及月球本身，而且还包含太阳系空间物质和能量的重要信息。其中包括太阳系早期演化的历史记录；月岩和月壤的宇宙线暴露与辐照历史；月球中挥发分的脱气历史；太阳风的组成、太阳表层的成分特征；小天体和微陨石撞击月球的历史记录，进而推断地球遭受小天体撞击的历史；通过对月壤的研究，可以了解月壳岩石圈的组成和分布特征，对研究月球乃至地月系的演化历史具有重要意义。
开发月球资源
人们普遍认识到探月活动具有政治、社会、技术、科学和经济等多方面的意义。因而此后人类的探月活动方向，也从不惜代价服务于政治目的，转变为将科学探索和经济利益相结合，最终的目的是合理开发月球资源。除了科学成果，研究月壤和岩石对开发月球资源同样意义重大。 研究月球样品的重要成果之一，就是发现其中含有氦-3，这让科学家非常兴奋。氦-3是世界公认的高效、清洁、安全的核聚变发电燃料。据计算，100吨氦-3所能创造的能源，相当于全世界一年消耗的能源总量。氦-3在地球上的蕴藏量极少，全球已知且容易取用的只有500千克左右，而早期探测结果表明，月球浅层的氦-3含量多达上百万吨，足够解决人类的能源之忧。实际上，随着人类对月球认识的加深，科学家发现月球氦-3的总储量很可能更多。
, http://www.100md.com
提供大量科研成果
几十年间，美国国家航空航天局(NASA)收到了3000多份研究特殊月球样品的申请，来自十多个国家的500多名科学家提出了申请。NASA共向外发放5万多份月球样品，供天文学、生物学、化学、工程学、材料科学、医学、地质学等不同领域的科学家进行研究。1978年，时任美国国家安全事务顾问的布热津斯基访华时，向中国赠送了1克月球样品。这块要用放大镜才能看清楚的石头被分成两半，一半收藏在北京天文馆，一半由中国月球探测工程首席科学家欧阳自远带领团队进行研究。科研人员不仅判断出该样本是在“阿波罗”17号任务中采集的，确认了采集地点，甚至还分析出石头所在地区是否有阳光照射。
为月球基地建设提供信息
登月以后的下一个目标就是在月球表面建立基地。由于月壤处于月球的最表层，具有松散、非固结、细颗粒和易于开采的特点，是未来月球基地建设、采矿、修路、资源提取的首选目标。在可预见的相当长的时间内，月壤的经济价值远高于地下的月岩。因此，通过对月壤的精细研究，可提供月球资源开发利用前景的重要信息，并为月球基地的选址提供重要的科学依据。由于地球和月球之间运输费用十分昂贵，月壤资源的就地开发利用，可以大大减少从地球上运到月球的运货量，从而降低经费投入。
, 百拇医药
此次“嫦娥”五号所打造的采集器材，属于智能无人技术，比美国的载人登月成本要低很多，但是也有局限性：“嫦娥”五号探测器没有办法大范围地开展收集工作，只能在登陆点进行收集。但是中国探月航空器登月点和美国当年的登月点距离很远，“嫦娥”五号探测器的着陆点为月球正面西北部的吕姆克山脉。我国选择的着陆点距离阿波罗计划着陆点有上千千米距离，将会迎来新的发现。
与“嫦娥”三号、“嫦娥”四号不同，“嫦娥”五号将实现4个重大首次突破：首次在月球表面自动采样；首次从月面起飞；首次在38万千米外的月球轨道上进行无人交会对接；首次带着月壤以第二宇宙速度返回地球。
第一个首次：钻取月壤，无污染封装
“嫦娥”五号计划在月面采集2千克样品，并且是通过两种方式获得月壤。 一种方式是利用钻取器，在月球上降落之后，由它来负责钻取，获取深度为2米的月球样品。另一种方式是用机械臂的电铲铲取月壤，取得月球表面具有独特信息的月球样品。获取的样品必须尽量保持原样，不能破坏其层次结构。此外还要在月面真空环境下完成样品封装，并带回地球，整个环节必须分毫不差。苏联曾多次尝试月面采样，仅成功3次，共带回样品300多克，可见其难度。
, 百拇医药
▲ 停留在月球表面的著陆器和上升器
人们对月表之下的情况不得而知，很可能遇到坚硬的巨石，也可能是松软的土壤，或者其他不同含量的矿物质，机器零部件的运动磨损和热胀冷缩情况也会有所不同。我国科研人员对这一钻探过程在实验室进行了反复的实验，想象了各种不同的情况，通过模拟月壤情况，对“嫦娥”五号的采样器进行验证，检测钻取过程遇到阻力时的状况，将可靠性提升到最高。
第二个首次：从月面起飞
中国之前发射到月球表面的探测器，在完成任务后都留在了月球表面，例如“嫦娥”三号和“嫦娥”四号。但本次任务的核心是返回，月面起飞是最关键的技术突破。
▲ 上升器与着陆器模拟图
, 百拇医药
完成月面采样后，“嫦娥”五号的上升器要从月面起飞，摆脱月球引力抵达环月轨道。这个任务将由上升器来完成，上升器将在月球表面进行首次月面起飞，但只能进行短距离的飞行。因为它携带的燃料有限，不可能直接飞回地球，只能到达在月球轨道飞行的轨道器，由轨道器携带返回器完成接下来的行程。月面起飞是完全自主的，其姿态有不确定性，不像在地球上发射火箭，有稳定的发射平台和地面人员提供保障。这是一项十分复杂的新技术，相当于在月球上发射一个火箭，要实现自动发射，需要许多关键技术的突破。
第三个首次：上升器与轨道器的对接
在月球采集的样品被送入月球轨道后将与轨道器对接，它们的对接将是“针尖”对“针尖”的对接，而这种对接在距离地球38万千米外进行，地球上无法看见，也根本无法提供数据和测控支持，完全由事先植入的人工智能来完成，也就是说月球轨道上任何一点无法预料的变化都有可能令对接失败。在交会对接之后，还要实现样品的转移，样品要从上升器里转移到返回器里，过程也比较复杂，动作很多，难度较大。
, 百拇医药
第四个首次：接近第二宇宙速度返回地球
与“神舟”飞船回家时一头扎进大气层不同，“嫦娥”五号返回地球的速度非常快，将达到11.2千米每秒的第二宇宙速度，以这样的速度进入大气层，势必会因为高温而被烧毁。要控制它减速至7.9千米每秒的第一宇宙速度进入地球轨道，乃至最终安全返回到指定地点，这些都有很大难度。
要在进入大气层阶段把速度降下来，我国选择了“弹跳式”再入返回技术。当“嫦娥”五号以计算好的某个角度与大气层接触后，和大气层产生相互作用力，“嫦娥”五号就像碰触到水面的小石子一样，弹跳起来，然后再次接触大气层，就像人们时常玩的“打水漂”，以达到减速目的。这个控制要求比较高，弹跳需要精确计算，一不小心就被弹回大气层外，再也无法回到地球。为克服气流等引起的不确定因素，在弹跳过程中，还有多台小发动机在适时点火，控制姿态，确保每一步升降都准确。只有每一步都准确，才能准确降落至内蒙古中部的预定降落场。飞行器从月球轨道回家，采用“弹跳式”进入大气层的方式，仅有苏联采用过。, 百拇医药(沈羡云)
对月球标本的研究，除了可以认识月球，还帮助科学家确立了现代行星科学，为认识各类行星的地质演化过程提供了参考。月壤的样本可以帮助现代行星科学的发展，也可以为类地行星的地质演化研究提供参照。 对月壤的研究不仅涉及月球本身，而且还包含太阳系空间物质和能量的重要信息。其中包括太阳系早期演化的历史记录；月岩和月壤的宇宙线暴露与辐照历史；月球中挥发分的脱气历史；太阳风的组成、太阳表层的成分特征；小天体和微陨石撞击月球的历史记录，进而推断地球遭受小天体撞击的历史；通过对月壤的研究，可以了解月壳岩石圈的组成和分布特征，对研究月球乃至地月系的演化历史具有重要意义。
开发月球资源
人们普遍认识到探月活动具有政治、社会、技术、科学和经济等多方面的意义。因而此后人类的探月活动方向，也从不惜代价服务于政治目的，转变为将科学探索和经济利益相结合，最终的目的是合理开发月球资源。除了科学成果，研究月壤和岩石对开发月球资源同样意义重大。 研究月球样品的重要成果之一，就是发现其中含有氦-3，这让科学家非常兴奋。氦-3是世界公认的高效、清洁、安全的核聚变发电燃料。据计算，100吨氦-3所能创造的能源，相当于全世界一年消耗的能源总量。氦-3在地球上的蕴藏量极少，全球已知且容易取用的只有500千克左右，而早期探测结果表明，月球浅层的氦-3含量多达上百万吨，足够解决人类的能源之忧。实际上，随着人类对月球认识的加深，科学家发现月球氦-3的总储量很可能更多。
, http://www.100md.com
提供大量科研成果
几十年间，美国国家航空航天局(NASA)收到了3000多份研究特殊月球样品的申请，来自十多个国家的500多名科学家提出了申请。NASA共向外发放5万多份月球样品，供天文学、生物学、化学、工程学、材料科学、医学、地质学等不同领域的科学家进行研究。1978年，时任美国国家安全事务顾问的布热津斯基访华时，向中国赠送了1克月球样品。这块要用放大镜才能看清楚的石头被分成两半，一半收藏在北京天文馆，一半由中国月球探测工程首席科学家欧阳自远带领团队进行研究。科研人员不仅判断出该样本是在“阿波罗”17号任务中采集的，确认了采集地点，甚至还分析出石头所在地区是否有阳光照射。
为月球基地建设提供信息
登月以后的下一个目标就是在月球表面建立基地。由于月壤处于月球的最表层，具有松散、非固结、细颗粒和易于开采的特点，是未来月球基地建设、采矿、修路、资源提取的首选目标。在可预见的相当长的时间内，月壤的经济价值远高于地下的月岩。因此，通过对月壤的精细研究，可提供月球资源开发利用前景的重要信息，并为月球基地的选址提供重要的科学依据。由于地球和月球之间运输费用十分昂贵，月壤资源的就地开发利用，可以大大减少从地球上运到月球的运货量，从而降低经费投入。
, 百拇医药
此次“嫦娥”五号所打造的采集器材，属于智能无人技术，比美国的载人登月成本要低很多，但是也有局限性：“嫦娥”五号探测器没有办法大范围地开展收集工作，只能在登陆点进行收集。但是中国探月航空器登月点和美国当年的登月点距离很远，“嫦娥”五号探测器的着陆点为月球正面西北部的吕姆克山脉。我国选择的着陆点距离阿波罗计划着陆点有上千千米距离，将会迎来新的发现。
四个首次突破
与“嫦娥”三号、“嫦娥”四号不同，“嫦娥”五号将实现4个重大首次突破：首次在月球表面自动采样；首次从月面起飞；首次在38万千米外的月球轨道上进行无人交会对接；首次带着月壤以第二宇宙速度返回地球。
第一个首次：钻取月壤，无污染封装
“嫦娥”五号计划在月面采集2千克样品，并且是通过两种方式获得月壤。 一种方式是利用钻取器，在月球上降落之后，由它来负责钻取，获取深度为2米的月球样品。另一种方式是用机械臂的电铲铲取月壤，取得月球表面具有独特信息的月球样品。获取的样品必须尽量保持原样，不能破坏其层次结构。此外还要在月面真空环境下完成样品封装，并带回地球，整个环节必须分毫不差。苏联曾多次尝试月面采样，仅成功3次，共带回样品300多克，可见其难度。
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▲ 停留在月球表面的著陆器和上升器
人们对月表之下的情况不得而知，很可能遇到坚硬的巨石，也可能是松软的土壤，或者其他不同含量的矿物质，机器零部件的运动磨损和热胀冷缩情况也会有所不同。我国科研人员对这一钻探过程在实验室进行了反复的实验，想象了各种不同的情况，通过模拟月壤情况，对“嫦娥”五号的采样器进行验证，检测钻取过程遇到阻力时的状况，将可靠性提升到最高。
第二个首次：从月面起飞
中国之前发射到月球表面的探测器，在完成任务后都留在了月球表面，例如“嫦娥”三号和“嫦娥”四号。但本次任务的核心是返回，月面起飞是最关键的技术突破。
▲ 上升器与着陆器模拟图
, 百拇医药
完成月面采样后，“嫦娥”五号的上升器要从月面起飞，摆脱月球引力抵达环月轨道。这个任务将由上升器来完成，上升器将在月球表面进行首次月面起飞，但只能进行短距离的飞行。因为它携带的燃料有限，不可能直接飞回地球，只能到达在月球轨道飞行的轨道器，由轨道器携带返回器完成接下来的行程。月面起飞是完全自主的，其姿态有不确定性，不像在地球上发射火箭，有稳定的发射平台和地面人员提供保障。这是一项十分复杂的新技术，相当于在月球上发射一个火箭，要实现自动发射，需要许多关键技术的突破。
第三个首次：上升器与轨道器的对接
在月球采集的样品被送入月球轨道后将与轨道器对接，它们的对接将是“针尖”对“针尖”的对接，而这种对接在距离地球38万千米外进行，地球上无法看见，也根本无法提供数据和测控支持，完全由事先植入的人工智能来完成，也就是说月球轨道上任何一点无法预料的变化都有可能令对接失败。在交会对接之后，还要实现样品的转移，样品要从上升器里转移到返回器里，过程也比较复杂，动作很多，难度较大。
, 百拇医药
第四个首次：接近第二宇宙速度返回地球
与“神舟”飞船回家时一头扎进大气层不同，“嫦娥”五号返回地球的速度非常快，将达到11.2千米每秒的第二宇宙速度，以这样的速度进入大气层，势必会因为高温而被烧毁。要控制它减速至7.9千米每秒的第一宇宙速度进入地球轨道，乃至最终安全返回到指定地点，这些都有很大难度。
要在进入大气层阶段把速度降下来，我国选择了“弹跳式”再入返回技术。当“嫦娥”五号以计算好的某个角度与大气层接触后，和大气层产生相互作用力，“嫦娥”五号就像碰触到水面的小石子一样，弹跳起来，然后再次接触大气层，就像人们时常玩的“打水漂”，以达到减速目的。这个控制要求比较高，弹跳需要精确计算，一不小心就被弹回大气层外，再也无法回到地球。为克服气流等引起的不确定因素，在弹跳过程中，还有多台小发动机在适时点火，控制姿态，确保每一步升降都准确。只有每一步都准确，才能准确降落至内蒙古中部的预定降落场。飞行器从月球轨道回家，采用“弹跳式”进入大气层的方式，仅有苏联采用过。, 百拇医药(沈羡云)