3分钟看懂为什么要去月球挖土 带回有多难？

2020年11月23日18时30分许，长征五号遥五运载火箭开始加注液氧液氢低温推进剂，计划于24日凌晨4时-5时择机实施发射任务。

这是长征五号系列运载火箭的第二次应用性发射，将运送探月工程嫦娥五号探测器至地月转移轨道，实施中国首次地外天体采样返回任务，说通俗一点，就是去月球上挖土并带回家。

为什么要去月球上“挖土”?

月壤中存在大量对于地球来说十分宝贵的矿产资源，如稀土以及氦-3，其中锆等稀土则是作为高科技产品必不可少的材料，而氦-3是未来清洁、高效核能源的关键。与此同时，对月壤的研究还可以为人类未来在其他太空领域的探索打下基础。

除此之外，月壤由月球岩石在遭受陨石撞击、太阳风轰击和宇宙射线辐射等空间风化作用后形成，其中有大量的月球岩石碎块、矿物及陨石等物质。通过研究这些月壤物质，既可以了解月球的地质演化历史，也可以为了解太阳活动等提供必要的信息。

20世纪60年代末至70年代初。美国阿波罗计划先后于月球表面采集了2315块样本，带回了总计约380千克的月岩与月壤。苏联则通过月球计划16、20和24号任务，总共携返约324克的月岩与月壤。这些样本对人类对月球地质演化的破译起到了十分宝贵的作用，在此后产生了大量的科研成果。

因此，中国作为航天大国，采集月球土壤带回来做科学研究，势在必行，也是中国探月计划“绕”“落”“回”三个阶段中最后一个阶段。中国也将成为继美国与俄罗斯之后，第三个实现月球采样返回的国家。

此次嫦娥五号出征的预选着陆地区也很有特色，具有较高的研究价值，其预计着陆地为月球正面风暴洋西北部吕姆克山脉附近的月海平原，是一个与以往美国阿波罗计划和苏联“月球”号任务采集月壤时完全不同的新地点，此前从未有其他国家的探测器到访过。风暴洋相对较年轻，富集铀、钍、钾等放射性元素，该地存在大约13亿至20亿年前的玄武岩，获得这些年轻玄武岩的同位素年龄，将有助于推进对月球火山活动和演化历史的认识。

嫦娥五号为何能一趟采回重达2千克的月壤?

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号因发生故障中途返回，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381.7千克。

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了3次月球采样返回任务，带回的月球土壤样品仅约330克。

而中国此次仅嫦娥五号一个探测器就计划从月球上采集重达2千克的月壤或月岩样品。

采样重量会出现这么大的差别，是因为当时的苏联尚未掌握月球轨道无人交会对接技术，所以其3次无人月球采样任务采用的都是月面起飞直接返回地球方案，这样其上升器需要克服返回舱与大量燃料带来的巨大负重，因此极大压缩了采样重量。而嫦娥五号计划采用具有世界领先水平的月球轨道无人对接方案转移月壤，上升器不用搭载返回舱，只需少量燃料，因此采样重量呈几何级提高。

去月球上“挖土”并带回有多难?

首先，封装技术是整个过程中最关键的一步，也是中国以前从未尝试过的。美国的“阿波罗”登月计划中，对于采样瓶的密封是人工操作。而中国此次所有的操作，都要靠月球上的探测器与地球上的指挥部一同协作完成。

嫦娥五号机械臂在采集月壤样本之后，将之通过一系列方式送入上升器中，予以第一次封装，防止在离开月球的过程中出现损耗。第二次封装则是上升器的月壤转移到再入器中，来保护月壤样品不受再入时恶劣环境的影响。

其次，样品已经装在行囊里了，那么如何从月球带回家呢?

月球表面和地球环境不一样，它没有大气层，而且地势复杂。怎么导流，如何散热等，都是问题。而且，探测器在月球起飞的过程中，不能像在地球一样进行高精度的测量跟踪。这就需要根据对月球的了解，模拟环境来设计方案。

综合整个人类航天历史来看，月面起飞返回有两种方式：一种是操作舱直接从月面加速起飞至月球逃逸速度，然后进入月地转移轨道返回地球;另一种是从月面起飞进入环月轨道，经过与操作舱和返回舱交会对接后返回地球，或者不经过交会对接，直接返回地球。

比较起来，第二种方案风险较小，可以通过地面测控系统调整返回舱，让它进入最优月地返回轨道。不仅是现在，这种方案也会是未来月球采样返回的首选方式。

关键词： 为什么要 去月球挖土