文｜本刊編輯部

這是距離我們最近的星球，大約38萬千米，今天的人類探測器最快只需要3～5天就能抵達。這里遍布大大小小的隕石坑，地表裸露在真空中數(shù)十億年，時刻遭受著強烈輻射的轟擊，巖石破碎，鋒利的塵埃在靜電中浮空飛行。

這也是我們夜空中最明亮的天體，清涼、皎潔，光芒如水。人類的大部分傳說中，都將她塑造為古老的女性神，美麗而有智慧，不斷變幻圓缺，牽動海洋的潮汐，主宰人類的夜晚。

受某種神秘特質(zhì)的指引，人始終向往著深空——廣袤深邃的地球之外的世界。而那里，太陽過于熾烈，曾融化過伊卡洛斯天真的翅膀，阻擋過夸夫一往無前的腳步；月亮，則包容著我們的探索與好奇。那是人類已經(jīng)到達過的地方，我們也必將再次抵達。

2020年12月17日凌晨，內(nèi)蒙古四子王旗的草原落滿積雪，一位舉世矚目的“天外來客”順利降落，低于-20℃的氣溫也沒能阻擋人們期盼的熱情。它是我國前往月球采樣的嫦娥五號探測器，歷時23天，第一次懷揣月巖和月壤，成功回家了。這一落，為一個東方古國歷久彌新的攬月夢想，畫上了圓滿句點。

本期我們探索嫦娥五號。從中國探月工程“繞、落、回”的歷程回顧，到嫦娥五號23天驚心動魄的高難度太空之旅，從月球上的山峰、月海與塵埃，到嫦娥五號的火箭、軌道和發(fā)動機，從一代代科學工作者鍥而不舍的攻堅克難，到滿天星斗般中國航天人的無私奉獻，從人類為何探月的疑問，到一捧月塵帶來的超越時間的意義，這項中國航天史上最復雜、最困難的系統(tǒng)工程的成功，意義非凡。中國，已經(jīng)踏響了邁向航天強國的鏗鏘足音。

“久有凌云志，重上井岡山。千里來尋故地，舊貌變新顏。到處鶯歌燕舞，更有潺潺流水，高路入云端。過了黃洋界，險處不須看。風雷動，旌旗奮，是人寰。三十八年過去，彈指一揮間。可上九天攬月，可下五洋捉鱉，談笑凱歌還。世上無難事，只要肯登攀。”55年前偉人的豪情壯志今已夢想成真，未來，我們星辰大海征途上的每一步，也希望能有你的加入和守護。

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中國探月16年嫦娥五號或?qū)⒏膶懺虑驓v史

文｜龐之浩 楊馥溪

嫦娥五號任務是中國探月工程的第6次任務，是我國迄今復雜度最高、技術(shù)跨度最大的航天系統(tǒng)工程。此次任務的成功實施，是我國航天事業(yè)發(fā)展中里程碑式的新跨越，標志著我國具備了地月往返能力，實現(xiàn)了“繞、落、回”三步走規(guī)劃的完美收官，為深化研究月球成因和演化歷史提供了助力，為我國未來進行月球與行星探測奠定了堅實基礎(chǔ)。

蘇聯(lián)月球16號采樣返回探測器

月球采樣返回，蘇聯(lián)占得先機，美國大肆“挖土”

在無人月球采樣返回探測方面，蘇聯(lián)可以說是開路先鋒，這也許與蘇聯(lián)的載人登月項目半途而廢有關(guān)，所以將探月重心轉(zhuǎn)向了用無人空間探測器采集月球樣品。

1970年9月12日，蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一個無人月球采樣返回探測器月球16號。它在月面軟著陸后，用自動鉆孔機采集月球樣品，封裝于返回艙內(nèi)。接著，上升級從月面起飛返回地球。最終，返回艙于1970年9月24日在蘇聯(lián)境內(nèi)著陸。它從月球豐富海取回了1塊101克的小樣本。

緊接著，1972年2月14日，蘇聯(lián)發(fā)射了月球20號。由于遇上了玄武巖，月球20號只從月球阿波羅尼厄斯高地采集到了55克月球樣品。1976年8月18日，月球24號在月球危海東南部軟著陸，從2米深處挖取了月巖，并總共從月球危海獲得170克樣品。

20世紀50年代末，蘇聯(lián)在運載火箭和人造衛(wèi)星技術(shù)上先行一步，因此在月球探索上也占得先機，而美國也不甘示弱。

20世紀六七十年代，美國通過阿波羅計劃實現(xiàn)載人登月。1969年7月至1972年12月，美國共實施了7次載人登月任務，成功將12名航天員送上月球。盡管載人月球采樣返回技術(shù)更復雜、成本更高，但由于航天員可以到艙外活動，還能乘月球車漫步到比較遠的地方去采集月球樣品，所以用載人飛船從月球采樣返回，不僅采集量更大、選擇性更強，而且采集范圍更廣。從阿波羅11號到阿波羅17號，美國帶回的月壤和月巖樣品總計約381.7千克。

科學家通過對月球樣品的分析發(fā)現(xiàn)，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，在月幔部分融化過程中形成于月球表面下約300千米深處，后因火山活動而被噴射到月球表面。月壤和月巖中氧化鐵含量很高，可從中制取水和氧，未來可利用月面物質(zhì)支持月球基地的運行，并為登月飛行器補充燃料。更重要的是，科學家還在采集回來的樣品中發(fā)現(xiàn)了核聚變的理想原料氦-3。按照目前地球的能源消耗規(guī)模，月球上的氦-3用于核聚變發(fā)電后，能夠滿足人類約1萬年的能源需求。

經(jīng)過多年沉寂，俄羅斯近期又重啟登月計劃。2020年，俄羅斯已經(jīng)把載人登月作為其長期戰(zhàn)略目標，并開展了新一代載人飛船、重型運載火箭等設(shè)備的研制。此外，俄羅斯還啟動了“月球25”號的研制任務，準備降落在月球南極隕石坑。隨著航天技術(shù)不斷走向成熟，日本、印度、韓國等國家，甚至一些民營公司，也提出了自己的月面軟著陸或巡視器計劃，乃至月球旅游計劃。美國也再次決定先重返月球，再前往火星。美國的月球計劃核心是建設(shè)位于環(huán)月軌道或地月L2點的載人空間站，其多功能獵戶座飛船和STS太空發(fā)射系統(tǒng)重型運載火箭，將為這一計劃提供有力的技術(shù)支持。未來，美國還將研制基于液氫液氧推進劑的大型單級可重復使用登月艙，實現(xiàn)對月球表面的低成本造訪，并以此為基礎(chǔ)建設(shè)月球基地。

2020年前我國月球探測工程以無人探測為主，分3個實施階段

拉格朗日點

拉格朗日點（Lagrangian point）又稱平動點，由瑞士數(shù)學家歐拉、法國數(shù)學家拉格朗日分別于1767年、1772年推導得出。在天體力學中，拉格朗日點是限制性三體問題的5個特解，表示一個小物體在兩個大物體的引力作用下，在空間中的這5個點上，小物體相對于兩個大物體基本保持靜止。在每個由兩大天體構(gòu)成的系統(tǒng)中，按推論都有L1、L2、L3、L4、L5共5個拉格朗日點。后來人們進一步發(fā)現(xiàn)，在自然界的各種運動系統(tǒng)中，都有拉格朗日點。

中國探月16年，“繞、落、回”三步走順利完成

自2004年起，中國開始實施月球探測工程。這也是我國空間探測的起點。

月球是離地球最近的星球，又蘊含豐富的資源和能源，所以無論從技術(shù)、科學還是經(jīng)濟等方面考慮，各國的空間探測大都先從探月開始。

中國探月工程采用“繞、落、回”三步走發(fā)展戰(zhàn)略，每一步都是對前一步的深化，并為下一步奠定基礎(chǔ)。

“繞”月探測是中國探月的第一步。2007年10月24日，我國發(fā)射第一個月球探測器嫦娥一號。這一項目用修2千米地鐵的經(jīng)費，打造了38萬千米的天路。

嫦娥一號比原計劃多飛行了117天，傳回大量有效科學探測數(shù)據(jù)。它獲取了世界第1幅全月圖，以及月表化學元素分布和礦物含量、月壤分布、近月空間環(huán)境等數(shù)據(jù)，填補了我國在探月領(lǐng)域的空白。在超額完成各項任務后，2009年3月1日，嫦娥一號受控撞擊了月球豐富海區(qū)域。

極地軌道

軌道平面垂直于地球赤道的人造地球衛(wèi)星軌道。人造衛(wèi)星運行時能到達地球南北極區(qū)上空，即衛(wèi)星能飛經(jīng)全球范圍的上空。需要在全球范圍內(nèi)進行觀測和應用的氣象衛(wèi)星、導航衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星等都采用這種軌道。

我國探月工程的第二步是“落”月探測，實施了嫦娥二號、嫦娥三號共2次飛行任務。

嫦娥二號作為技術(shù)先導星于2010年10月1日發(fā)射升空。它運行在距月面100千米高的極地軌道上，主要對6項新技術(shù)進行了試驗驗證，并對未來的預選著陸區(qū)進行了高分辨率成像，同時獲取了更豐富和準確的探測數(shù)據(jù)。2011年4月1日，嫦娥二號在半年設(shè)計壽命期滿后，又進行了一系列拓展試驗，開創(chuàng)了我國航天一次發(fā)射開展多目標多任務探測的先河。

嫦娥三號是中國探月二期工程的主任務。2013年12月14日，嫦娥三號在月面軟著陸，首次實現(xiàn)了我國對地外天體的軟著陸；12月15日，嫦娥三號的著陸器與巡視器互相拍照，標志著我國成為世界上第3個掌握落月探測技術(shù)的國家。它直接獲得了豐富的月球數(shù)據(jù)，并經(jīng)受了著陸、移動和長月夜生存三大挑戰(zhàn)。目前，嫦娥三號的著陸器仍在工作，是迄今世界上在月面工作時間最長的著陸器。

嫦娥四號原來是嫦娥三號的備份，由于嫦娥三號完成了任務，所以嫦娥四號被改為探月四期工程的第一個任務。2018年5月21日，我國發(fā)射世界首顆運行在地月L2點軌道的月球中繼衛(wèi)星——鵲橋，并于同年6月14日進入使命軌道。同年12月8日，世界上首個在月球背面著陸的探測器嫦娥四號升空。利用嫦娥四號傳回的探測數(shù)據(jù)，我國科學家獲得了大量科學新發(fā)現(xiàn)，例如首次揭示月球背面地下結(jié)構(gòu)、為解答月幔物質(zhì)組成的問題提供直接證據(jù)等。

2020年11月24日，嫦娥五號探測器在中國文昌航天發(fā)射場由長征五號遙五運載火箭成功發(fā)射，執(zhí)行我國探月三期任務。探月三期的目標是實現(xiàn)我國首次月面自動采樣返回，對返回樣品進行系統(tǒng)分析與研究，深化對月球和地月系統(tǒng)的起源與演化的認識。這也將為我國載人登月和深空探測奠定基礎(chǔ)。

早在2014年10月24日，我國就發(fā)射了再入返回飛行試驗器。同年11月1日，試驗器返回艙在內(nèi)蒙古著陸。這是我國航天器第1次在繞月飛行后再入返回地球，表明我國已全面突破和掌握航天器以接近第二宇宙速度的高速再入返回的關(guān)鍵技術(shù)，為嫦娥五號的“回”鋪平了道路。

作為我國探月工程的三期任務，嫦娥五號探測器由上升器、著陸器、軌道器、返回器4個部分“串聯(lián)”組成，先后經(jīng)歷發(fā)射入軌、地月轉(zhuǎn)移、近月制動、環(huán)月飛行、月面下降、月面采樣、月面上升、交會對接、環(huán)月等待、月地轉(zhuǎn)移和再入回收等11個任務階段，最終在內(nèi)蒙古四子王旗著陸，然后將近2千克月球樣品送至地面實驗室開展精細研究。

嫦娥五號月球探測器結(jié)構(gòu)示意圖

嫦娥五號月球探測器的著陸器與上升器組合體在月面軟著陸模擬圖

嫦娥五號實現(xiàn)了我國開展航天活動以來的5個首次

○ 首次地外天體的采樣與封裝

○ 首次地外天體上的點火起飛，精準入軌

○ 首次在月球軌道上進行無人交會對接和樣品轉(zhuǎn)移

○ 首次帶著月球樣品以接近第二宇宙速度再入返回

○ 首次建立我國月球樣品的存儲、分析和研究系統(tǒng)

任務的大概過程是：嫦娥五號組合體進入月球軌道后兩兩分離，軌道器與返回器（簡稱“軌返”）組合體留在軌道，著陸器與上升器（簡稱“著上”）組合體在月面降落。著陸后采集月壤，采集的樣品放在上升器的返回艙里，進行無污染嚴密封裝。隨后，上升器從月面起飛，與軌返組合體交會對接，把樣品轉(zhuǎn)移到返回器后，上升器與軌返組合體分離。接著，軌返組合體踏上歸途，在距地球一定高度處，返回器從軌返組合體中分離。最終，返回器采用半彈道跳躍再入方式進入大氣層，落至預定著陸場。

嫦娥五號在月球正面最大的月?！L暴洋北部的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。之前美國和蘇聯(lián)的月球任務所獲得的巖石表明，月球上的火山活動在35億年前達到頂峰，隨后逐漸減弱并停止。但對月球表面的觀測發(fā)現(xiàn)，某些區(qū)域可能含有最近200億～10億年前才形成的火山熔巖。

嫦娥五號軟著陸的風暴洋地區(qū)就存在20億～13億年前的玄武巖，而人類目前尚未有這一時段的月球樣本，嫦娥五號的取樣將填補這一空白。獲得這些年輕玄武巖的同位素年齡，將有助于推進對月球火山活動和演化歷史的認識。如果嫦娥五號的樣本證實這段時間月球上的火山仍在活動，那么，月球歷史將可能被改寫。

人類為什么要去月球

文｜毛新愿

人類航天時代的到來，可以回溯至1957年10月4日——這一天，人類發(fā)射了第1顆人造地球衛(wèi)星斯普特尼克1號。此后，人類在20世紀50年代末迅速開啟了對月球的探測。

20世紀六七十年代，蘇聯(lián)和美國投入海量資金、人力和各類資源，開啟數(shù)個大型系列任務，掀起探索月球的高潮。然而，兩國進行的各種無人探測器和載人登月任務都基本證明，月球表面只是一片貧瘠的荒漠，毫無生機，對當時的人類而言沒有太多的直接利用價值。而與之相對的是載人登月的高昂成本——當年阿波羅計劃花掉了超過2000億美元（折算到如今幣值）。1976年8月22日，蘇聯(lián)月球24號探測器從月球返回地球，帶回了170克月球土壤樣本。這是人類最后一次近距離接觸月球。自此，蘇美兩國相繼終止了密集的月球探測計劃，人類大規(guī)模的月球探測告一段落。

雖然集中投入后的探測高潮在20世紀70年代逐漸回落，但探月帶給人類的長期回報卻是巨大的。

在民生領(lǐng)域

航天員使用的航天級紙尿褲和今天的嬰兒尿不濕有很大關(guān)聯(lián)

對普通人來說，最為直觀的感受是，月球探測（尤其是載人登月）帶來了很多日常生活用品的革新。由于航天員執(zhí)行任務期間需要長期生活在狹小的飛船空間內(nèi)，執(zhí)行出艙行走任務時往往需要花費數(shù)小時穿上復雜的宇航服，且不能隨意穿脫，因此，工程師們需要及時、便捷地了解航天員身體的各項健康指標，也必須及時解決他們的生理和心理需求。相應的，科學家們?yōu)榇搜邪l(fā)出了各種簡單易攜的測量血壓、血氧、心跳等的裝置，便攜式呼吸設(shè)備，以及極其重要的紙尿褲。此外，探月活動衍生出的防劃玻璃、氣墊鞋、記憶枕、防輻射鏡片、凈水設(shè)備和空氣凈化設(shè)備等，也逐漸走入了大眾的生活。

在科技領(lǐng)域

月球探測器和載人飛船對重量限制極為嚴格，這幾乎要求任何一種進入太空的設(shè)備都要高度集成到狹小的空間內(nèi)。任務中還要實現(xiàn)地月之間的實時通信和電視直播，這對相關(guān)工業(yè)技術(shù)的進步提出了很多迫切需求。

在20世紀60年代，集成電路、電子芯片、無線通信技術(shù)等剛起步的階段，社會需求極少，但與太空競賽相關(guān)的訂單促進了這些領(lǐng)域的公司快速發(fā)展。摩托羅拉、貝爾實驗室、羅克韋爾、通用電器、IBM、波音、洛克希德、格魯曼、洛克達因等知名公司迎來了一次巨大的發(fā)展機會，尤其是在信息革命最關(guān)鍵的通信與集成電路領(lǐng)域的起步階段，獲得了領(lǐng)先優(yōu)勢。

航天領(lǐng)域處在制造業(yè)金字塔的最頂端，航天尖端技術(shù)的進步意味著金字塔頂部的提高，通過金字塔自上而下的產(chǎn)業(yè)鏈傳遞過程，整個金字塔的體積得以極速擴大，從而帶動整體制造業(yè)，尤其是高科技制造業(yè)快速發(fā)展。

在教育科研領(lǐng)域

在教育科研領(lǐng)域，探月競賽過程促進了大量科研機構(gòu)和高等院校的騰飛，集中孕育了一批高水平理工科人才，也奠定了美國理工科大學對歐洲的全面超越，以及隨后的持續(xù)領(lǐng)先優(yōu)勢。

人類早期月球探測重要任務

此外，登月期間的數(shù)次直播都成為轟動全球的大事件。通過高質(zhì)量的科學普及教育，很多民眾的航天興趣被激發(fā)，也促進了社會資金、資源對航天業(yè)的持續(xù)支持，吸引了一批又一批青年人才不斷投身航天事業(yè)中。

可見，探測月球?qū)θ祟惖拿裆⒖萍己徒逃阮I(lǐng)域產(chǎn)生了極其深遠的影響，它甚至開啟了一個嶄新的時代。正因如此，人類在進入21世紀后提出重返月球，中國、日本、印度、以色列以及歐洲各國等也都加入其中。

本文內(nèi)容來自“中國的航天”公眾號，ID：chinaspaceday

嫦娥五號探月過程全解析

文｜巔峰執(zhí)筆

圖｜中國航天科技集團

2020年11月24日，長征五號遙五運載火箭搭載嫦娥五號成功發(fā)射。嫦娥五號探測器在23天時間里，按計劃實施了地月轉(zhuǎn)移、近月制動、兩兩分離、平穩(wěn)落月、鉆表取樣、月面起飛、交會對接、樣品轉(zhuǎn)移、環(huán)月等待及月地轉(zhuǎn)移，并于2020年12月17日成功實現(xiàn)再入返回、安全著陸。隨后，整個工程任務轉(zhuǎn)入科學研究的新階段。

任務過程中，嫦娥五號完成了1次對接、6次分離、2種方式采樣、5次樣品轉(zhuǎn)移，全程11個重大階段和關(guān)鍵步驟環(huán)環(huán)相連、絲絲入扣。

與一期和二期探月任務相比，作為探月工程三期的嫦娥五號無人月面采樣返回任務的技術(shù)跨度較大，采樣返回的整個過程和之前相比都具有創(chuàng)新性。以嫦娥五號任務圓滿成功為起點，我國將接續(xù)實施探月工程四期和行星探測工程。

中國，21世紀探月先鋒力量

嫦娥探月工程自2004年正式啟動到嫦娥五號發(fā)射前，我國已經(jīng)取得了嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號、嫦娥五號T1、嫦娥四號共計5次任務的連續(xù)勝利，其間，還部署了一顆距離地球約45萬千米的鵲橋中繼通信衛(wèi)星。連續(xù)突破月球環(huán)繞探測、月面軟著陸探測、月面巡視探測、近第二宇宙速度月地返回、月背探測等一系列世界級月球探測工程難題，不論是月球探測器發(fā)射數(shù)量還是質(zhì)量，中國毫無疑問都是人類21世紀探月的先鋒力量。

嫦娥探月工程從一開始就確立了“繞、落、回”三步走發(fā)展規(guī)劃，工程立項僅3年，嫦娥一號即實現(xiàn)繞月探測。早在嫦娥三號完成落月任務前2年，旨在完成第3步“回”任務的嫦娥五號就已于2011年5月正式立項。

而嫦娥五號的預定發(fā)射日期一再變化，從最早計劃的2017年年底，變更到2019年，后直至2020年，這當中我們不難領(lǐng)會到，什么叫作“運載火箭運力有多大，航天舞臺就有多大”。雖然嫦娥五號的核心任務是“采樣返回”，但實質(zhì)卻是“繞、落、回”三大任務缺一不可，是對整個嫦娥探月工程啟動實施16年來的一次系統(tǒng)大考。由于一次發(fā)射需要承擔多項工程任務，導致探測器發(fā)射質(zhì)量急劇增大至8.2噸，對比嫦娥四號不到4噸的發(fā)射質(zhì)量，嫦娥五號的質(zhì)量翻了一番還多。

我國具備地月轉(zhuǎn)移軌道8噸級發(fā)射能力的火箭唯有長征五號，它可以將9噸左右載荷直送地月轉(zhuǎn)移軌道。換句話說，如果沒有長征五號，那么嫦娥五號也就無從談起。

長征五號作為一款新研火箭，需要通過實際發(fā)射驗證才能承運如此大質(zhì)量的嫦娥五號。按照計劃，2017年7月2日，長征五號遙二火箭完成發(fā)射，經(jīng)過這次發(fā)射的可靠性驗證后，當年11月就將執(zhí)行嫦娥五號的發(fā)射任務。但遙二任務的失利使后續(xù)發(fā)射計劃推遲。遙二任務后，長征五號團隊就開始了漫長的歸零工作，嫦娥五號也需要等待長征五號遙三火箭復飛成功，才能實施發(fā)射。

2018年，長征五號團隊完成了遙二火箭問題定位，準備當年年底前實施遙三火箭發(fā)射。然而就在發(fā)動機地面試車時，一位年輕的技術(shù)員發(fā)現(xiàn)了細微的裂紋問題，遙三任務再度推遲。直至2019年，發(fā)動機完成可靠性增長試車后，遙三火箭才被推向發(fā)射塔架，此時已是2019年年底。

令人欣慰的是，在落實數(shù)百項改進措施之后，長征五號遙三發(fā)射任務取得圓滿成功。2020年5月5日，長征五號B遙一火箭的再度成功進一步驗證了產(chǎn)品技術(shù)的高可靠性，為嫦娥五號時隔3年的王者歸來奠定了堅實基礎(chǔ)。

嫦娥五號，所有高難度科目環(huán)環(huán)相連、絲絲入扣

擁有8.2噸發(fā)射質(zhì)量的嫦娥五號，不僅是我國目前最大噸位無人深空探測飛船，更是全球最大噸位無人深空探測飛船。嫦娥五號不僅體格大，而且任務復雜，要在23天任務周期里連續(xù)完成11個高難度科目。

動作1 發(fā)射入軌

2020年11月24日凌晨4點30分，文昌航天發(fā)射場使用長征五號遙五運載火箭搭載嫦娥五號飛船發(fā)射入軌。

可不要小看這一環(huán)節(jié)，當下放眼全球，能將8噸級飛船直送地月轉(zhuǎn)移軌道的“玩家”有且僅有兩個，一個是美國，另一個就是我們。具體而言就是3型火箭，分別是重型獵鷹、德爾塔IV重型火箭和長征五號。其中，長征五號9噸左右的地月轉(zhuǎn)移軌道運力優(yōu)于德爾塔IV。這主要得益于采用先進膨脹循環(huán)系統(tǒng)的高空氫氧發(fā)動機YF-75D的應用，使得火箭擁有更為優(yōu)異的高軌運力。

動作2 地月轉(zhuǎn)移軌道飛行

與長征五號遙五二級火箭分離后，嫦娥五號軌道器與著陸器分別展開太陽翼，展開后的太陽翼呈十字交叉布局，目的是避免光照遮擋。在地月轉(zhuǎn)移軌道飛行的時間約為112小時，其間，地面深空測控網(wǎng)實時測定探測器的軌道位置，視情況進行了2次軌道修正。經(jīng)過嫦娥二號、嫦娥三號、嫦娥四號共計3次地月直接轉(zhuǎn)移飛行任務的歷練，嫦娥五號奔月之路得以更加平穩(wěn)。

動作3 近月制動

嫦娥五號在距離月面400千米處和近月點處，需要進行2次反推減速，也就是俗稱的“太空剎車減速”，以滿足環(huán)月飛行速度條件。如果沒有及時減速，飛船將飛離月球；而如果減速過猛，飛船也可能撞上月球，因此需要精確計算點火時間。

不同于嫦娥一號、嫦娥二號使用推力為490牛的軌控發(fā)動機，也不同于嫦娥三號、嫦娥四號使用的7500牛變推力發(fā)動機，嫦娥五號軌道器使用的軌控發(fā)動機推力是3000牛。該型發(fā)動機早在2012年就首次完成了1000秒連續(xù)點火高模試車。值得注意的是，該型發(fā)動機是一機兩用，嫦娥五號上升器使用的也是同款動力，執(zhí)行月面起飛任務。

動作4 環(huán)月飛行

完成近月制動后，嫦娥五號被月球引力捕獲，從而進入一條距月面高度約200千米的環(huán)月軌道。緊接著，嫦娥五號一分為二，形成“軌道器與返回器組合體”（軌返組合體）和“著陸器與上升器組合體”（著上組合體）。軌返組合體繼續(xù)留在200千米環(huán)月軌道運行，著上組合體則進入近月點15千米、遠月點200千米的著陸準備軌道進行為期約42小時的環(huán)月飛行。

嫦娥五號環(huán)月飛行模擬圖

其間，如果有需求，還可以使用著上組合體搭載的光學相機，對著陸區(qū)進行高清成像，微波高度計、激光高度計等載荷也可開機獲取著陸區(qū)更為詳細的地貌信息，然后擇機實施著陸任務。

動作5 月面下降

月面著陸目標為月球正面風暴洋呂姆克山脈附近。執(zhí)行登月任務的嫦娥五號著上組合體，充分繼承嫦娥三號、嫦娥四號著陸平臺技術(shù)，著陸器配置有頗具實戰(zhàn)經(jīng)驗的7500牛變推力發(fā)動機。該型號發(fā)動機具備1500～7500牛推力區(qū)間的深度調(diào)節(jié)能力，不僅能有效解決著陸減速難題，同時還具備高比沖、高精度、高可靠性的強大優(yōu)勢。

整個登月過程分為主動減速段、快速調(diào)整段、接近段、懸停避障段、緩速下降段和自由下落段總計6個階段。進入接近段后，著陸平臺啟用我國首創(chuàng)的基于機器視覺全自主避障系統(tǒng)，該系統(tǒng)由多種態(tài)勢感知設(shè)備組成。在機器視覺全自主避障系統(tǒng)、7500牛變推力發(fā)動機與水平機動推力器的綜合作用下，嫦娥五號可實現(xiàn)優(yōu)于0.7千米的月面著陸精度，該精度居于世界領(lǐng)先水平。

在距離月面較近時，發(fā)動機關(guān)機，著上組合體開始緩沖著陸，目的是減輕發(fā)動機尾流揚起的月塵。最后的著陸能量由4條著陸支撐腿吸收。該部件采用高效吸能合金制造，能夠確保著陸器在設(shè)定夾角內(nèi)不傾覆。著陸支撐機構(gòu)曾在嫦娥四號的月背登陸任務中立下大功——通過回傳圖像確認，當時嫦娥四號降落在一塊帶有傾斜角度的坡面上，周圍數(shù)米距離內(nèi)就有多個月球坑。如果不是機器視覺系統(tǒng)和著陸支撐機構(gòu)的雙重加持，想要完成復雜的月面著陸行動是無法想象的。

為了攻克地外天體著陸難題，我國早在10年前就興建了用以模擬月球引力條件下著陸過程的試驗設(shè)施。2年多以前，位于河北省境內(nèi)的地外天體著陸綜合試驗場也拔地而起，其試驗能力進一步提升，可以模擬在月球、火星等地外天體環(huán)境下懸停、避障、緩速下降的過程。完備的地面試驗設(shè)施是嫦娥三號、嫦娥四號得以完美落月的強大保障。

動作6 月面工作

著上組合體此前在著陸準備軌道繞月飛行40多個小時的一個重要原因，是為了等待著陸區(qū)月午時刻的到來。因為著上組合體獲取月壤樣本需要充沛的電能，而只有月午時分才能使探測器太陽翼的發(fā)電能力最大化。基于月午工作條件，著上組合體的月面工作時間設(shè)定為48小時。

嫦娥五號任務目標是抓取約2千克月壤，而探測器設(shè)定的月壤抓取上限是4千克。為此，嫦娥五號著上組合體配備了人類迄今最為全面的地外天體樣本抓取機構(gòu)。這一鉆取采樣系統(tǒng)由“巖心鉆探機”和“機械取樣器”組成。巖心鉆探機目標鉆取月面下約2米深度的月巖樣本；機械取樣器則由四自由度機械臂與末端采樣器組成，基于機械臂功能可以實現(xiàn)大范圍多樣化采樣，末端采樣器兩端分別是鏟挖式采樣器與淺鉆式采樣器，能執(zhí)行鏟、挖、淺鉆、拾取等多種形式的樣本采集。配合末端采樣器工作的還有一部依附于機械臂末端位置安裝的近距攝像頭，稍遠處還有一部遠距廣角攝像頭。

那么，嫦娥五號4千克月壤的抓取上限在國際上是什么水平呢？同樣是目前月球無人采樣領(lǐng)域里的世界第一。此前，人類曾發(fā)射3艘無人月球采樣飛船，獲取的月壤總量也僅有326克，而嫦娥五號的設(shè)計采樣量是其總量的12倍有余，任務實際采樣量是其總量的5倍多。為什么嫦娥五號有如此出色的采樣能力呢？除了完備的鉆取采樣系統(tǒng)，動作7更是關(guān)鍵所在。

機械取樣器月表采樣模擬圖

動作7 月面上升

由于嫦娥五號是短周期任務，無須攜帶多余的探測載荷，維持月夜工作的核熱源也可省去，加上近月制動由軌道器負責，著陸器又可省去一部分燃料重量，因此嫦娥五號著陸器才可以攜超過半噸重量的上升器實現(xiàn)登月任務。

人類此前的3次無人月球采樣任務，由于無法掌握月球軌道無人交會對接技術(shù)，采用的都是月面起飛直接返回地球的方案。這就需要上升器克服返回艙與大量燃料死重（除去推進劑的重量），因此極大壓縮了樣本重量。嫦娥五號則采用具有世界領(lǐng)先水平的月球軌道無人對接方案轉(zhuǎn)移月壤，上升器只需少量燃料，且沒有返回艙死重，因此取樣重量才能呈幾何級提高。

完成月壤采集任務后，著陸器平臺升起一面五星紅旗，然后使用著陸器監(jiān)視相機來了一個自拍。緊接著，完成月壤樣本初級封裝工作的上升器就要準備月面點火起飛了。這又是一個高難度科目。

火箭在地球上起飛有完備的發(fā)射塔架系統(tǒng)，點火起飛位置經(jīng)過精確測算，飛行軌道也是算了又算。月面起飛則完全不同，著陸器就是上升器的發(fā)射塔架，而著陸器是不可能四平八穩(wěn)的，比如嫦娥四號的著陸器就落在了斜坡上，同時著陸器也不可能像地球發(fā)射塔架那樣配置火箭導流槽。

月面起飛軌道設(shè)計、月面起飛測控、發(fā)動機羽流導流都是月面起飛的核心難題。早在2015年6月，中國航天科技集團六院就進行了相關(guān)的驗證試驗。第1階段試驗就取得四戰(zhàn)四捷的成績，充分驗證了設(shè)計的可靠性與正確性。2014年發(fā)射的嫦娥五號T1試驗器服務艙，也曾在第3階段的拓展任務中驗證了嫦娥五號上升器的運動過程。

上升器月面起飛模擬圖

為了確保上升器能夠飛起來，我們綜合空間任務與地面試驗，進行了大量的任務驗證，并且建立了一整套系統(tǒng)，以保證各任務之間環(huán)環(huán)相扣。比如，著陸系統(tǒng)保證著陸在相對平坦的月面，上升系統(tǒng)則保證即便著陸在傾斜坡面也能安全起飛等等，都是著眼最復雜的險局、危局進行任務設(shè)計。

動作8 月球軌道交會對接

單依靠上升器是無法把月壤樣本送回地球的，它需要與軌道器和返回器組合體（軌返組合體）對接，進行樣品轉(zhuǎn)移，由返回器將樣品送返地球。

我國通過載人航天工程已經(jīng)熟練掌握了近地軌道（高度2000千米以下的近圓形軌道）交會對接技術(shù)。然而，嫦娥五號要突破的是38萬千米以遠的月球軌道無人交會對接，這在人類航天史上又是一個第1次。月球軌道無人交會對接需要測控網(wǎng)攻克深空軌道多目標、高精度測定軌技術(shù)，同時還需要針對嫦娥五號任務的特殊要求，研制全新的輕量化對接系統(tǒng)。

神舟飛船與天宮實驗室交會對接時，是體量相當?shù)目臻g目標撞擊。而嫦娥五號軌返組合體此時質(zhì)量超過2噸，與數(shù)百千克重的上升器相比，體量明顯不對等，任務又需要由軌返組合體主動對接上升器，是大追小的復雜受力條件。為了解決這一難題，中國航天科技集團八院研制了一種被稱為“抱爪式”的空間輕小型弱撞擊對接機構(gòu)，它采用捕獲、校正、鎖緊、自動轉(zhuǎn)移功能一體化設(shè)計，在無人交會對接的同時，實現(xiàn)樣品容器自動轉(zhuǎn)移。這一技術(shù)可以當之無愧地稱為世界首創(chuàng)，是嫦娥五號具有世界領(lǐng)先水平的重要元素之一。

實施對接任務前，軌返組合體首先要分離返回器支撐艙，從月面起飛的上升器則進入近月點15千米、遠月點180千米的目標軌道，隨后經(jīng)過2天的環(huán)月飛行，完成上升器與軌返組合體之間的遠程導引。進入自主近程交會段后，在微波雷達導引下，于3.5小時內(nèi)實現(xiàn)兩器對接。

月球軌道無人交會對接模擬圖

動作9 環(huán)月等待

完成對接與樣品轉(zhuǎn)移后，上升器被拋離。緊接著，軌返組合體進入為期約6天的環(huán)月等待飛行，目的是進入能量最優(yōu)月地轉(zhuǎn)移軌道。

動作10 月地轉(zhuǎn)移

當112小時月地轉(zhuǎn)移能量最優(yōu)軌道窗口到來時，軌道器3000牛發(fā)動機點火，切入返回軌道，當軌返組合體距離地球約5000千米時，軌道器協(xié)助返回器建立再入返回姿態(tài)。隨后軌返分離，返回器飛向地球，進入再入返回航路。

動作11 近第二宇宙速度再入大氣層

以往神舟飛船再入大氣層的初始速度是7.6千米/秒，所承受的再入大氣燒蝕溫度在2000℃左右。而嫦娥五號返回器則以11千米/秒的近第二宇宙速度再入大氣層，與大氣摩擦的燒蝕溫度將接近3000℃。

為了抵御高溫燒蝕，嫦娥五號返回器在大底迎風面、大底背風面、大底拐彎角環(huán)、側(cè)壁迎風面、側(cè)壁背風面、側(cè)壁艙蓋與邊緣防熱環(huán)、穩(wěn)定翼這7大部位，分別應用了7種不同成分的防熱燒蝕材料。

艙體承受高溫燒蝕的同時，還面臨氣動減速難題。因為，接下來還要打開減速傘實現(xiàn)軟著陸地球，速度太快會對減速傘造成巨大的壓力。為此，我們創(chuàng)新出了高速半彈道跳躍式返回軌道，就像打水漂一樣。返回器第一次再入大氣后，在距離地面近60千米時，利用大底前端形成的弓形激波，先反彈回太空，然后二次再入大氣層，此時返回器的再入速度就能夠與神舟飛船返回艙一樣了。這樣做的目的，主要是為了減速。

軌道器與返回器分離，返回器即將飛向地球

采用高速半彈道跳躍式返回軌道，就像打水漂一樣，幫助返回器減速

返回器在距離地面接近10千米高度時，引導傘與主減速傘相繼拉出，最終著陸于內(nèi)蒙古四子王旗航天著陸場。

載人登月，夢想已經(jīng)照進現(xiàn)實

從長征五號點火起飛到著陸，連續(xù)11個高難度科目圓滿完成。看到這樣前所未有的復雜過程，有些人不禁會發(fā)問：為了拿到月壤樣本，嫦娥五號真的有必要如此“大費周章”嗎？

早在嫦娥五號任務公開伊始，也曾有直接從月面起飛返回的采樣方案。但是，這種簡化方案只是在走前人的老路，對登月工程技術(shù)的帶動價值有限。我們要的，顯然不僅僅是這近2千克的月壤樣本。首先，通過嫦娥五號任務，我國將擁有包括但不限于地外星球復雜樣本取樣、無人飛船地外星球起飛、地外星球深空軌道無人交會對接、樣本封存轉(zhuǎn)移等一系列世界領(lǐng)先技術(shù)，是我國引領(lǐng)人類月球開發(fā)的里程碑事件。

嫦娥五號月面自動采樣返回任務為探月三期工程畫上了圓滿句號，同時，它更是開啟載人登月工程的金鑰匙。嫦娥五號的核心使命不僅是采樣返回，更是驗證一系列登月返回的核心技術(shù)。以嫦娥五號為基礎(chǔ)擴容，增設(shè)生命保障設(shè)備，同時提升工程可靠性，這就是一艘21世紀的載人登月飛船。

嫦娥探月工程自啟動伊始，就對一系列核心技術(shù)展開了正面攻堅，不論是嫦娥三號的機器視覺著陸系統(tǒng)，還是嫦娥四號代表人類首登月背，以及嫦娥五號的集群式突破，全都仰賴科研戰(zhàn)線的完全自主創(chuàng)新。因此，中國才掌握了能夠在世界上領(lǐng)跑月球探測的技術(shù)資本。

如果說20年前我們談載人登月，只能算是暢想，那么今天，夢想早已照進現(xiàn)實。

早在2019年年初，中國探月工程總設(shè)計師吳偉仁就明確表示，未來10年左右，月球南極將出現(xiàn)中國主導、多國參與的月球科研站，月球上將留下中國人的足跡，我國將邁入世界航天強國前列。

尤其是在2020年長征五號B遙一火箭首飛任務中，搭載升空的新一代載人飛船試驗船，第一次升空就瞄準遠地點8000多千米的大橢圓軌道。這一高度甚至超越了嫦娥五號軌返組合體的分離點，就是為了驗證第二宇宙速度下的再入熱流燒蝕。

新一代載人飛船試驗船的發(fā)射，是21世紀第一款服務于載人登月用途，包括返回艙與服務艙在內(nèi)的完整構(gòu)型飛船的首飛任務。而配合新飛船執(zhí)行載人登月任務的，是921新一代重型載人火箭，于2020年9月再度現(xiàn)身2020年中國航天大會。這是一款CBC構(gòu)型重型火箭，在采用成熟動力技術(shù)、火箭箭體基礎(chǔ)上，還將應用一系列創(chuàng)新技術(shù)，綜合技術(shù)指標將達到國際一流水準，其奔月軌道運力可達25噸。屆時，依托新一代載人重型火箭，我們將實施載人登月任務。

獨步全球的嫦娥五號+新一代載人飛船+921新一代載人重型火箭=？相信這又是一個不言自明的問題。

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五星紅旗再次閃耀月球背后的故事

文｜陳 辰

長征五號點火發(fā)射 ?國家航天局

2020年12月2日22時，經(jīng)過約19小時月面的工作，嫦娥五號探測器順利完成月球表面自動采樣。這是我國首次實現(xiàn)地外天體的采樣與封裝。

2020年12月3日23時10分，嫦娥五號上升器3000牛發(fā)動機工作約6分鐘，成功將攜帶樣品的上升器送入預定環(huán)月軌道。這是我國首次實現(xiàn)地外天體起飛。

在完成采樣任務上升起飛前，嫦娥五號著陸器攜帶的一面五星紅旗在月面成功展開。這是我國在月球表面首次實現(xiàn)國旗“獨立展示”，也是五星紅旗第一次月表動態(tài)展示。

另外，如果加上嫦娥三號與玉兔號月球車互拍實現(xiàn)國旗首次亮相月球，以及嫦娥四號首次將國旗帶到月球背面，中國國旗已在月球表面展示了3次。而在這些驕傲與榮耀的背后，匯聚著全國數(shù)千家單位、數(shù)萬名科技工作者的艱苦奮斗和無私奉獻。技術(shù)的每一次突破、工程的每一步跨越，都傳承弘揚了中國航天人團結(jié)協(xié)作、攻堅克難、勇攀高峰的優(yōu)良傳統(tǒng)和創(chuàng)新精神。

旗開得勝

經(jīng)過數(shù)年攻關(guān)、各地輾轉(zhuǎn)，當終于看到鮮艷的國旗在月球上實現(xiàn)從“靜若處子”到“動若脫兔”的展示時，航天科工所屬航天三江紅峰公司主管工藝師黃敏既激動自豪，又深知其中不易。

對他們來說，這次研制月面國旗展示系統(tǒng)，不僅一切都是從零開始，而且面臨著一系列巨大的技術(shù)難題，比如國旗的材料、顏色、重量、火工品、扭簧及展示形式等等。然而，在國家利益面前，一向要強不服輸?shù)狞S敏沒有退縮。

嫦娥五號的國旗展示系統(tǒng)主要由月面國旗、壓緊釋放裝置、展開機構(gòu)3部分組成。其中，紅峰公司主要承擔展開機構(gòu)的加工制作。根據(jù)工程組制訂的方案，國旗展示系統(tǒng)的終極任務是“旗開得勝”，即國旗能順利展開，并且打開之后不變形。具體而言，整套系統(tǒng)在折疊狀態(tài)下長約半米，并須隨嫦娥五號著陸月球后接收指令解鎖打開。但國旗登月的前提是系統(tǒng)足夠輕，幾十個零件要想方設(shè)法“變苗條”。

在時間緊急、沒有任何產(chǎn)品借鑒的情況下，黃敏只能一個個“想破腦袋”去做。比如國旗的“旗桿”頂端有一個空心球，重量要小到極致。黃敏把腦門拍疼時，突然從女兒那個渾然一體的扭蛋玩具上獲得了靈感。不過，在空心球中間的合成部分上加工螺紋，難度相當于在頭發(fā)絲上做微雕。由于需要經(jīng)過大量的精細計算，黃敏立即找到公司車工溝通，商討設(shè)計制作的各種問題。在缺乏此類加工經(jīng)驗的情況下，黃敏心里也沒多少把握。但沒想到，這個零件后來竟然制作成功了，不僅順利通過多項測試考驗，而且獲得了發(fā)明專利。

此外，在火箭發(fā)射、探測器運行過程中，要確保國旗“安全”也是一個巨大難題?！澳鞘菄业男蜗螅覀儽仨氁ＷC它一塵不染。”而要確保旗桿耐異常溫度，基座零變形、旗面無污染，黃敏認為，密封圈至關(guān)重要。于是，她與設(shè)計師對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，經(jīng)過反復試驗，終于成功解決了問題。但地球上的試驗成功了，到了月球上怎么辦？黃敏接著又設(shè)計出一套試驗裝置來模擬月球重力環(huán)境，成功驗證了系統(tǒng)在月球時的展開情況。

披星戴月

從2011年立項論證開始，航天科技集團八院嫦娥五號探測器系統(tǒng)軌道器總體副主任設(shè)計師禹志，經(jīng)歷了制訂方案、研制初樣、生產(chǎn)正樣，一直到進入發(fā)射場后所有階段的研制工作。在這個過程中，看著嫦娥五號探測器從無到有，從報告變成圖紙再成為實物，禹志心中充滿了喜悅。

2020年11月17日，是器箭組合體轉(zhuǎn)運的重要日子。經(jīng)歷了7年研制、3年貯存，嫦娥五號即將發(fā)射時，禹志說：“那種心情就像女兒出嫁一般?！逼鋵嵱碇敬_實有一個聰明漂亮的女兒，不過才6歲。這次他在基地連續(xù)工作了140多天，其間女兒多次問：“爸爸在發(fā)射場做什么，什么時候回來？”“爸爸正在修建一架通向月球的天梯，等通過這座天梯，把月球上的土帶回地球的時候，爸爸也就回家了?！庇碇具@樣回答。

在嫦娥五號的“四件套”中，禹志負責的軌道器就像一輛太空“擺渡車”，它的運轉(zhuǎn)關(guān)系到嫦娥五號任務全部11個階段中的8個階段，即探測器月球自動采樣的往返運輸全過程。為圓滿

完成任務，嫦娥五號的軌道器必須實現(xiàn)“重量輕，連得緊，分得開，抓得住，轉(zhuǎn)得過，回得來”。

北京時間2020年12月3日23時10分嫦娥五號上升器從月面起飛，攜帶月球樣品成功進入預定環(huán)月軌道，這是中國首次實現(xiàn)地外天體起飛

由于這個軌道器型號比較特殊，國內(nèi)相關(guān)機構(gòu)便合力攻堅：北京航天五院負責抓總研制，上海方面負責完成總裝和測試，然后再運往北京參加試驗。因此，禹志和同事們經(jīng)常在上海、北京兩地來回奔波，有時在北京參加試驗，一待就是三五個月?；氐缴虾：螅瑯右矔r常有大量工作要緊急處理，加班加點、披星戴月成了他們的家常便飯。不少同事年紀輕輕就滿頭白發(fā)，被笑稱為型號研制操碎了心。

突如其來的新冠肺炎疫情也給工程帶來了很大挑戰(zhàn)，交通、工作進度等方面都受到了嚴重影響。為保證項目正常運轉(zhuǎn)，即便在疫情最嚴重時，禹志和同事們?nèi)詧猿侄啻纬俗嘬囑s往北京，一坐就是18個小時，一待至少1周。大家的不懈努力最終保證了型號順利出廠。

緊接著，試驗隊全體隊員又在發(fā)射場連續(xù)奮戰(zhàn)140余天，完成了軌道器的全部設(shè)置，組成“四器”組合體并與運載火箭完成了對接。經(jīng)過各項測試，軌道器狀態(tài)良好。

負重前行

在海南文昌航天發(fā)射場，發(fā)射平臺上“中國探月工程”的標志圖案，充滿東方意韻，格外引人注意。有記者問：“這是誰的腳?。俊薄斑@是我們中國航天人的腳印?。　毙θ萏鹈赖膶O振蓮自豪地說。

作為長征五號火箭發(fā)射支持系統(tǒng)型號主管，33歲的她和小伙伴們一直奔跑在路上。此前，長征五號系列火箭的地面設(shè)備一次配套、多次使用，發(fā)射后均需要時間進行檢修和更新工作。比如遙一、遙二火箭的恢復周期都是90多天。但由于文昌發(fā)射場2020年要執(zhí)行3次發(fā)射任務，這次任務流程2個月，留給地面恢復的周期只有1個多月。按照之前的經(jīng)驗，將90多天的恢復周期縮短2個月，幾乎是不可能完成的任務。但孫振蓮堅定了信念：必須提升地面發(fā)射支持系統(tǒng)的短期快速恢復能力，探索出一套流程優(yōu)化的新模式。于是，她帶領(lǐng)隊伍按照發(fā)射場技術(shù)流程，結(jié)合地面發(fā)射支持系統(tǒng)及海南極端天氣特點，把工作項目、資源、人員所需時間都細化到小時，最終將恢復周期壓縮為35天。

受到新冠肺炎疫情影響，2020年工程推進期間資源、人員協(xié)調(diào)難度加大，火箭地面恢復團隊經(jīng)過千方百計的努力，終于在發(fā)射前把全部資源協(xié)調(diào)到了現(xiàn)場。

在長征五號成功發(fā)射的第二天，副總設(shè)計師賀建華就組織團隊開始進行設(shè)備恢復工作。全體工作人員迎難而上、全力以赴，克服了多重困難。其中，很多工作只能在室外進行，而海南時常出現(xiàn)烈日、臺風和暴雨天氣。為了拼進度，防熱涂層修復人員在不影響其他系統(tǒng)工作的前提下，白天插空干，晚上連續(xù)加班干。而在室內(nèi)的作業(yè)，更是給團隊帶來了極大挑戰(zhàn)。當發(fā)射場廠房停電檢修時，由于沒有空調(diào)，廠房內(nèi)溫度近40℃，濕度超過90%。所有工作人員的衣服都被汗水濕透了，甚至被鹽浸得白花花的一片。此外，孫振蓮還透露，支承臂主管設(shè)計人員徐錚患有腎結(jié)石，但受疫情影響沒人能及時替換他。他硬是靠著吃止痛片扛過了一次次病情發(fā)作，直到完成工作才去醫(yī)院就診。

目前，在極短的時間內(nèi)，發(fā)射支持系統(tǒng)的隊員們完成了規(guī)定項目的恢復更換工作。其中很多人已在靶場待了十幾個月，沒有回過家。作為發(fā)射支持系統(tǒng)的一員，孫振蓮的想法很樸素，她說，在和平年代，愛崗敬業(yè)就是航天人家國情懷的最好體現(xiàn)，每個平凡人的努力也能變成推動國家進步的力量。

生死堅守

“魂牽夢繞，醒著、睡著腦子里都是火箭?！弊鳛槲覈ㄒ灰晃粎⑴c所有現(xiàn)役捆綁型運載火箭研制全過程的特級技能人才，59歲的崔蘊參與總裝過的火箭已有70多發(fā)。然而，面對直徑大了近1倍、95%都是新技術(shù)的長征五號火箭，過去總裝傳統(tǒng)火箭所采用的工具和裝配方式已經(jīng)完全不能滿足需求。

整體上，長征五號火箭箭體上有5萬多個零部件，螺釘數(shù)目更是巨大，而且品種繁多、裝配要求不一，任何一個微小的安裝失誤都可能導致火箭發(fā)射失敗。例如，長征五號的燃料儲箱體積增大，貯箱壁使用了全新的工藝和材料，壁厚最薄的地方只有2毫米。如果把一個貯箱等比縮小到一個雞蛋大小，其厚度竟然只有雞蛋殼厚度的十萬分之幾。這樣的部件在裝配時必須嚴禁觸碰，無疑大大增加了裝配難度。

另一方面，總裝大直徑火箭，國內(nèi)也沒有任何經(jīng)驗可以借鑒，無異于摸著石頭過河。就在科研人員一籌莫展時，崔蘊憑借幾十年來對火箭各系統(tǒng)性能的了解和知識積累，提出了所有人都意想不到的辦法，帶領(lǐng)團隊經(jīng)過上百次實驗，無數(shù)次圖紙和方案修改，才最終攻克大直徑火箭裝配的關(guān)鍵難題。此后，技術(shù)人員在地面就可以進行各項裝配工序，而且升級的裝配技術(shù)實現(xiàn)了多人多點同時操作。這將總裝工作的效率提高了2～3倍。

通過技術(shù)和管理上的大膽創(chuàng)新，崔蘊帶領(lǐng)團隊有效保證了長征五號火箭的出廠時間節(jié)點，使嫦娥五號得以順利升空。

然而，從事火箭制造30多年，崔蘊也曾數(shù)次與死神擦肩而過。比如1990年7月，我國首枚“長二捆”（長征二號E）火箭準備在西昌發(fā)射。就在千鈞一發(fā)之際，火箭4個助推器的氧化劑輸送管路上的密封圈忽然出現(xiàn)了泄漏，崔蘊義無反顧地沖進搶險現(xiàn)場。在有毒的紅色四氧化二氮氣體彌漫下，他仍在艙內(nèi)連續(xù)作業(yè)了近1個小時。之后被送到醫(yī)院時，他的肺部已經(jīng)燒傷75%，生命垂危。醫(yī)生用超大劑量的解毒劑，多次搶救，才讓崔蘊活過來。

在“長二捆”火箭成功發(fā)射當天，帶著氧氣瓶的崔蘊被護士抬到醫(yī)院樓頂。聽著火箭發(fā)射的轟鳴聲，他的眼淚止不住地往下掉。

精打細算

有了長征系列火箭的“擺渡”，嫦娥系列月球探測器才堅實地走出了一步一個“腳印”的中國探月之路。而這都有賴于中國航天科研戰(zhàn)線的自主創(chuàng)新。但在浩大的探月工程面前，人們不免會想到，這勢必花了不少錢。可事實是這樣嗎？

國家航天局探月與航天工程中心主管王正偉曾表示：“從零開始做起的嫦娥一號工程，僅花了北京一兩千米地鐵的價格。嫦娥四號的花費跟修1千米地鐵差不多。”雖然他沒有透露具體價格，但以北京16號線為例，2016年開建，每千米造價12億元。由此大致推斷，嫦娥四號的投入成本約在12億。鑒于嫦娥五號的復雜程度提升不小，投入費用也將相應增加。顯而易見，與國外動輒數(shù)億美元的探測器相比，嫦娥工程的性價比極高。

而在關(guān)于嫦娥工程的少有的發(fā)言中，王正偉常說的詞就是“精打細算”。雖然他體型微胖、面孔看上去還很青春，但頭發(fā)已現(xiàn)斑白，裝束也非常簡樸。在項目經(jīng)費的管理方面，王正偉強調(diào)：“我們注重節(jié)約成本，通過科學計算、科學管理，把每一分錢都花在刀刃上，并通過技術(shù)創(chuàng)新謀求效益最大化?！?/p>

比如，為保證探月工程進展順利，嫦娥一號備份二號，嫦娥三號備份四號。按照常規(guī)，嫦娥一號和三號發(fā)射成功后，如果備份不用通常就放進庫房了。但為了避免資源浪費，中國航天的工程師和技術(shù)人員對嫦娥二號和四號進行了重新論證，調(diào)整任務目標，在總經(jīng)費不超支的情況下圓滿完成了任務，并獲得了更豐碩的成果。

舉個例子，2014年，嫦娥三號圓滿完成任務后，國防科工局牽頭組織開展了嫦娥四號任務實施方案調(diào)整的論證工作，最終確定月球背面軟著陸和巡視探測的總體方案。另外，嫦娥五號T，即為嫦娥五號探路的再入飛行返回試驗器，在立項時計劃做2次飛行試驗，結(jié)果1次就成功了。后來經(jīng)過工程總體充分論證，工程領(lǐng)導小組慎重決策：不再進行第2次試驗。于是，節(jié)省下來的經(jīng)費就投用到了后續(xù)任務中，有效提高了經(jīng)費的使用效率。

王正偉表示，探月工程是體現(xiàn)中國力量的一件大事，但并不意味著在經(jīng)費使用上粗放無度。送嫦娥上天、采月壤返回，在這些具有歷史開創(chuàng)意義的偉大成就背后，是中國航天人時刻不忘以“精打細算”鋪就的自強不息之路。

滿天星火

在中國探月這項萬眾矚目的任務中，除了“旗開得勝”的黃敏、“披星戴月”的禹志、“負重前行”的孫振蓮、“生死堅守”的崔蘊和“精打細算”的王正偉，還有眾多科研工作者在默默耕耘。他們很多人互不相識、天各一方，但都在為中國自古就有的飛天夢想共同奮斗著。

參與打造嫦娥五號探測器“心臟”的蘭曉輝，是20世紀80年代的大學生。那時候“夢想”這個詞還不流行，他們心中燃燒著的是“為國家做點事”的樸素理想。

1985年，帶領(lǐng)團隊提出新一代“大火箭”構(gòu)想的火箭專家龍樂豪（這個大火箭，后來被命名為長征五號，大家喜歡親昵地叫它“胖五”），后來成為中國首次探月工程的設(shè)計者、見證者和參與者。2020年11月24日，白發(fā)蒼蒼的他再次來到文昌航天發(fā)射場，為“胖五”和嫦娥的“繞、落、回”收官戰(zhàn)加油。

對中國航天人來說，時間在流逝，而理想和信念也在歷史見證中傳承。發(fā)射場廠房辦公室里，一位白發(fā)蒼蒼的院士問道：“小伙子，馬上發(fā)射了，心情緊張嗎？”“我們有信心，我們準備好了！”答話的是1985年出生的發(fā)射場工程師于鵬，他是為“胖五”點火的“金手指”。在他和同事們的努力下，這次嫦娥五號發(fā)射任務的測試流程，比之前縮短了整整2天。

而在文昌發(fā)射場的指控大廳里，“80后”胡旭東正指揮著本次任務數(shù)百個崗位的上千名工作人員。他自嘲地說：“我應該算這整個大廳里年齡比較大的了?！苯裉斓闹袊教礻犖槔?，曾經(jīng)被戲稱為“父子配、祖孫配”的人才梯次結(jié)構(gòu)已經(jīng)重組，他們中既有德高望重的科技大家，技藝精湛的技能大師，也有一大批朝氣蓬勃的青年骨干。

回溯過往，中國的探月故事，是由幾代航天人共同書寫的，每一個故事背后都離不開如滿天星火般的航天人，他們用自己的方式默默托起了中華民族的奔月新傳奇。

這次奔月，長征五號搭載嫦娥五號，“五五”相加，寓意“十分完美”。對此，孫振蓮還說出一句鏗鏘有力的話：“航天文化最終會沉淀為航天人的集體人格，而中國航天人走出的路，也將會成為中華民族要走的路?！?/p>

本文內(nèi)容來自“科工力量”公眾號，ID：guanchacaijing

文｜材料委天津院

選材一年、±150℃不褪色 帶你了解登月國旗新材料

與嫦娥三號、嫦娥四號及玉兔號月球車上的國旗采用噴涂方式不同，嫦娥五號在月面展示的國旗是一面真正的織物旗幟。

宇宙空間充滿很強的電磁輻射，月球表面又有±150℃的溫差等惡劣環(huán)境，這就決定了普通國旗無法在月球上使用。如果把地球上使用的國旗放在月球上，在很短時間內(nèi)就會褪色、串色，甚至分解。

中國航天科工集團航天三江九部國旗展示系統(tǒng)技術(shù)負責人程昌表示，科研團隊在國旗選材上花費的時間就超過一年，挑選出了二三十種纖維材料，優(yōu)中選優(yōu)，國旗的材質(zhì)才最終確定?？梢哉f，雖然嫦娥五號在月球上展示的國旗只是薄薄的一面，但其中的科技含量可以打滿分。程昌說：“通過做包括熱匹配性、耐高低溫、防靜電、防月球塵埃等在內(nèi)的物理試驗，科研團隊最終決定采用某新型復合材料，既能滿足強度要求，又能滿足染色性能要求，從而保證國旗能夠抵御月表惡劣的環(huán)境，做到不褪色、不串色、不變形?！?/p>

月面國旗展示系統(tǒng)由中國航天三江集團聯(lián)合武漢紡織大學等單位共同研制。其中，國旗由武漢紡織大學紡織新材料與先進加工技術(shù)國家重點實驗室徐衛(wèi)林教授團隊，歷時8年，持續(xù)攻關(guān)完成。華茂集團一同參與了研制及生產(chǎn)，用其60多年的生產(chǎn)經(jīng)驗，依靠嚴格的品質(zhì)管控技術(shù)，提供了近乎苛刻的質(zhì)量保障，保證了國旗的航天品質(zhì)。

芳綸纖維

全稱為“芳香族聚酰胺纖維”，是一種高性能合成纖維。芳綸纖維及其復合材料已成為各國國防軍工的關(guān)鍵戰(zhàn)略物資。近年來，芳綸復合材料的發(fā)展在滿足結(jié)構(gòu)承載的同時，越來越趨向于結(jié)構(gòu)功能一體化，即還需滿足諸如阻尼減振、吸/透波、防熱、抗彈、隱身等多功能要求。目前，芳綸纖維增強抗彈復合材料在美國M1系列，俄羅斯T-72、T-80，日本90式主戰(zhàn)坦克中均被制成重要材料部件。除軍事領(lǐng)域外，芳綸纖維及其復合材料在航空航天、通訊、建筑、汽車、體育用品等國民經(jīng)濟方面的應用也已形成規(guī)模，科技的迅猛發(fā)展正在為芳綸纖維開辟更多新的民用空間。

嫦娥五號展示的月面國旗以國產(chǎn)高性能芳綸纖維材料為主，采用武漢紡織大學榮獲國家科技進步一等獎的“高效短流程嵌入式復合紡紗技術(shù)”，利用小分子調(diào)控技術(shù)實現(xiàn)了芳綸纖維的結(jié)構(gòu)調(diào)控及顏色構(gòu)建，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了極端紫外條件下優(yōu)良的耐日曬牢度。同時利用榮獲國家科技發(fā)明二等獎的技術(shù)，制備了微納米蠶絲粉體，利用其與顏料粒子的協(xié)同作用，從本質(zhì)上解決了極端條件下顏料熱升華及熱遷移的牢度問題。通過以上技術(shù)攻關(guān)，最終實現(xiàn)了國旗在太空環(huán)境中，耐受極端高真空、高低溫循環(huán)，以及強計量紫外輻照等條件的高色牢度顏色構(gòu)建。

本文內(nèi)容來自“前沿材料”公眾號，ID：FrontierMaterials

明明有大發(fā)動機，嫦娥五號返程為何先用4臺小發(fā)動機？

文｜瀚海狼山

嫦娥五號軌道器和返回器組合體（即軌返組合體）實施第2次月地轉(zhuǎn)移入射，在距月面約230千米處成功實施4臺150牛發(fā)動機點火，約22分鐘后，這4臺小發(fā)動機正常關(guān)機。軌返組合體成功進入月地轉(zhuǎn)移軌道。

所謂月地轉(zhuǎn)移軌道，就是嫦娥五號的軌返組合體在完成這次助推加速后，遠地點距離月球中心已超過2萬千米，越過了地月引力的平衡點，可以擺脫月球引力的束縛，重新被地球引力所捕獲，攜帶從月球成功取回的樣品，開始真正的回家之旅。

地月引力的平衡點距離地球36萬千米左右，而月球大部分時間與地球的平均距離是38萬千米以上。地球質(zhì)量又是月球質(zhì)量的81.3倍。因此，兩個星球的引力平衡點明顯偏向月球那邊。這就意味著從月球返回時需要的助推總動量，以及為此消耗的燃料，比從地球飛過引力平衡點到月球要少得多。搭載8.2噸的嫦娥五號從地球上起飛，到達這個36萬千米高的地月引力平衡點，需要消耗六七百噸的燃料和氧化劑。而返回時的嫦娥五號軌返組合體，其總重只剩下不到4噸，只需要再助推消耗幾百千克燃料，就可以脫離月球的引力回家了。

不過這里似乎有個疑點。那就是嫦娥五號的軌道器上，還有1臺推力為3000牛的主發(fā)動機，如果動力全開，只需要加速助推大約6分鐘，就可以讓重約4噸的軌返組合體脫離月球引力。那為何偏偏放著大推力的發(fā)動機不用，而要開動4臺小型的，每臺150牛推力，加起來也只有600牛推力，持續(xù)助推22分鐘之久才加速到脫離月球引力的發(fā)動機呢？筆者認為，放著大發(fā)動機不用，先用小發(fā)動機，才是科學規(guī)劃和最佳工程管理實踐的真實體現(xiàn)。

因為，任何從月球往地球加速返回的飛行器，最大的難點不是在月球背面近月點的開機加速，而是如何精準確定返回的起始軌道，以及在越過地月引力平衡點，逐步接近地球后的剎車減速過程。

開始返回時先用多臺小發(fā)動機，助推時間長，這樣返回初始軌道控制更精準。這和更精細的花紋必須用更小的刻刀來雕刻是一個道理。而越過引力平衡點后，3天3夜的接近地球的過程，相當于從1座36萬千米高的大樓上往下飛。越接近地球，速度就越快，雖然最終可以通過在大氣層邊緣“打水漂”減速，但是也需要在距離地球10 000～5000千米時，開主發(fā)動機適當減速。否則，在地球巨大的重力加速下，有一定的概率，會讓返回器超過第二宇宙速度，飛掠地球，再也回不來。

這樣，在整個返回軌道中，加速脫離月球時，需要的總加速比沖并不大，消耗掉4個固定推力的小火箭發(fā)動機的燃料就足夠了。而在逐步接近地球時，反倒需要至少2次大的減速和軌道修正。此時，3000牛主發(fā)動機剩余的燃料越多越保險。其實，當年的阿波羅號飛船也考慮了這類風險，因此在組合體接近月球時，是服務艙主發(fā)動機向后，登月艙主發(fā)動機向前，這樣不論前后開機，都有足夠的推力緊急返回地球。而阿波羅13號就是靠登月艙的主發(fā)動機開機返回的。

長征五號搭載嫦娥五號，也就是大火箭加探測器，全身上下總共有百余臺大大小小的發(fā)動機，其中嫦娥五號身上的發(fā)動機就有70多臺。僅讓這些發(fā)動機全都精準地完成自己的工作，這技術(shù)實力就可見一斑。

本文內(nèi)容來自“瀚海狼山”公眾號，ID：HHLSGRZMT

探月火箭需要什么品質(zhì)？

文｜于遠航

為什么發(fā)射嫦娥五號如此重大的任務要由長征五號運載火箭來執(zhí)行呢？放眼全球，那些執(zhí)行探月大任務的火箭都具有哪些非同一般的品質(zhì)呢？

如果說奔向月球的探測器是人類派往月球的使者，那么發(fā)射其進入特定軌道的運載火箭，可以說是勤勤懇懇的“車夫”了。截至目前，世界上能夠成功實現(xiàn)月球探測的國家并不多，合適可靠的“車夫”更是屈指可數(shù)。

首先，執(zhí)行奔赴月球甚至更遠航天任務的運載火箭，一般都是所在國家運載能力最強的火箭。

當然，運載火箭運送月球探測器能達到的軌道高度也是不一樣的。打個比方，有的只是將探測器送出了地球的“家門”，有的則是快馬加鞭，將探測器直接送到了月球的“院門口”。比如，2019年以色列的創(chuàng)世紀號月面著陸器，搭乘美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的獵鷹9號運載火箭時，該火箭只將其送到了地球同步轉(zhuǎn)移軌道。因此，創(chuàng)世紀號只能依靠自己的動力不斷調(diào)整軌道，耗時大約7周才進入月球軌道。而20世紀時，美國的阿波羅11號從發(fā)射到進入月球軌道只花了4天。如此不同的飛行速度，對應著不同的火箭運載能力?？梢?，要想省時間，火箭的運載能力就得足夠大。

美國在20世紀開展的阿波羅登月任務就是用了專門研制的土星五號運載火箭。土星五號運載火箭的起飛重量為3038.5噸，總推力達3408噸，月球軌道運載能力45噸，近地軌道運載能力118噸。同一時期蘇聯(lián)開展的月球采樣返回任務，也采用了當時其運載能力最大的質(zhì)子號運載火箭。再來看看今天印度的月船2號月球探測器，它也是搭乘了印度現(xiàn)役最大的火箭GSLV Mk3。但即使是這樣，也只能將月船2號送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道。好在月船2號靠自己的努力最終抵達了月球，但是花費了48天時間。

此次發(fā)射嫦娥五號的長征五號，是我國新一代運載火箭。該火箭全長近57米，起飛重量約870噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力達14噸，是目前我國運載能力最大的火箭。在這樣的基礎(chǔ)上，盡管嫦娥五號全重達8.2噸，也僅需要4天左右時間即可抵達月球。

其次，越快將月球探測器運送到月球軌道的運載火箭，其控制精度要求也就越高。

畢竟，跑得越快，中途進行修正、消除初始控制誤差的機會也就越少。假如運載火箭在距離地面200千米時加速到最節(jié)省能量的速度，即10.916千米/秒，到達月球的時間是119.5小時。如果速度控制發(fā)生一點偏差，比如增加了0.004千米/秒，達到10.92千米/秒，那么，到達月球的時間就是93.2小時了，差了26.3小時。而月球圍繞地球軌道運行時的平均速度是1.02千米/秒，差那么多時間，月球已經(jīng)跑了將近10萬千米了。

最后，發(fā)射月球探測器的運載火箭還需要有靈活的應變能力，為發(fā)射任務爭取更寬的發(fā)射窗口。

長征五號的強大運載力離不開液氫液氧發(fā)動機的助力，液氫液氧推進劑是人類目前已知的能量水平最高的火箭推進劑

眾所周知，月球的自轉(zhuǎn)速度和公轉(zhuǎn)速度基本一致，大約是30天，那么月球探測器的發(fā)射窗口就是以月為單位的。由于地球和月球的位置關(guān)系一直在變化，盡管每個月的發(fā)射窗口都有那么幾天，但一條運載火箭的飛行彈道只能夠覆蓋10分鐘的一個窗口，這就對地面發(fā)射提出了極為苛刻的要求。為了給地面發(fā)射提供較為寬松的環(huán)境，就需要運載火箭有靈活的應變能力。嫦娥五號任務每月的發(fā)射窗口只有3天，為了抓住有限的時間執(zhí)行發(fā)射任務，長征五號運載火箭采用了“窄窗口多軌道”的發(fā)射方案。即在每天50分鐘的窗口寬度內(nèi)，規(guī)劃5條軌道，大大提高了發(fā)射的可靠性。

更大、更精、更靈活，這就是探月任務對運載火箭提出的更高要求。運載火箭的能力有多大，中國航天的舞臺就有多大。隨著我國航天運載能力的不斷提升，將會有更多、更大質(zhì)量的探測器從地球出發(fā)，探索廣闊的宇宙空間。

本文內(nèi)容來自《中國航天報》

嫦娥五號軌道修正為啥這么“不給力”？

文｜太空精釀

嫦娥五號飛行中軌道修正為啥總是小發(fā)動機工作幾秒幾秒的，怎么這么“不給力”？

所謂修正，就好比你開車時，總不可能一直嚴格沿著車道走，時間長了拐個彎，方向盤總會有點飄，再老道的司機都必須偶爾打打方向盤，讓車輛行駛在車道中間。航天器在飛行過程中也是如此。嫦娥五號飛行單程以幾十萬千米計，天問一號單程以億千米計，途中都需要軌道修正。但是，在去程和回程中，到底需要怎么修正，修正幾次，每次什么發(fā)動機工作，工作多久，這些都是很有講究的。

去程的軌道修正

這主要取決于火箭發(fā)射后送入預定軌道的精度。當然，火箭送得越準，后續(xù)需要的修正就越小。這次長征五號火箭的送入精度太完美了，連長征五號火箭總設(shè)計師李東都說，這是表現(xiàn)最好的一次，10環(huán)！所以，嫦娥五號的月球之旅一下子就輕松了些，修正非常簡單。

2020年11月24日，3000牛發(fā)動機工作約2秒，在距離地球約16萬千米的位置；2020年11月25日，2臺150牛發(fā)動機工作約6秒，在距離地球約27萬千米的位置。嫦娥五號可是個8.2噸重的大家伙，發(fā)動機就工作幾秒，可見真的就是微調(diào)，還有一大部分意義是測試這些發(fā)動機工作性能是否符合預期。而且如果前面1次微調(diào)很完美，后面第2次微調(diào)就更小了，甚至第3次就根本不需要了。

回程的軌道修正

這主要取決于軌道器點火入射月地轉(zhuǎn)移軌道的精度，跟發(fā)射時類似，越準越好。嫦娥五號的軌返組合體為了等待最佳窗口和條件，在環(huán)繞月球軌道耐心等了6天，最終順利踏上歸途。

由于各項條件非常完美，回程的軌道修正也非常小，2020年12月14日，2臺25牛發(fā)動機工作約28秒。25牛，想想中學物理，以這個力度，在地球表面其實我們連書包都提不起來，但是在太空中用來推幾噸重的大家伙。雖然是失重狀態(tài)，但其實也僅僅是微調(diào)了一下。

所以，這些指標看上去非常小，好像非常不給力，其實是因為真正需要給力的時候已經(jīng)足夠穩(wěn)、準、狠了，后續(xù)只需要微調(diào)即可。這背后體現(xiàn)出的才是航天人真正了不起的大智慧。

本文內(nèi)容來自“太空精釀的空間站”公眾號，ID：spacebrewer

大火箭發(fā)射嫦娥五號為何選在凌晨？

文｜王海露

2020年11月24日凌晨，伴隨震耳欲聾的轟鳴聲，長征五號遙五運載火箭拖著金色的火焰劃破夜空，似離弦之箭直沖云霄。隨后，嫦娥五號月球探測器成功入軌，發(fā)射取得圓滿成功。那么，大火箭發(fā)射嫦娥五號為什么要選在凌晨？據(jù)中國運載火箭技術(shù)研究院總體設(shè)計部火箭設(shè)計師、科普志愿者錢航介紹，主要有四方面原因。

便于奔月軌道的設(shè)計

月球探測與火星探測一樣，都屬于深空探測，在火箭發(fā)射軌道設(shè)計上，要考慮到地月相對位置關(guān)系，因此相比通信衛(wèi)星等發(fā)射任務，約束條件更多。此次發(fā)射嫦娥五號探測器，要在滿足地球與月球位置關(guān)系限制、火箭射向和滑行時間約束、探測器地月轉(zhuǎn)移時間、返回器再入航程等條件下，選擇最合適的發(fā)射時間，也就是確定火箭的發(fā)射窗口。經(jīng)過綜合考慮，長征五號遙五火箭在凌晨發(fā)射，最有利于奔月軌道的設(shè)計，可以滿足各種約束條件。

減少太陽活動對嫦娥五號的影響

長征五號遙五火箭飛向太空時，地球正好把太陽光直接遮蔽住，避免太多太陽輻射對嫦娥五號的影響。而太陽活動對嫦娥五號來說非常復雜和麻煩，尤其是爆發(fā)的太陽風會干擾電子信號傳播，影響科研人員對嫦娥五號的控制。

凌晨的天空云層更少，有利于信號傳播

氣候條件對航天發(fā)射有重要影響。在長征五號遙五火箭發(fā)射之前的很多天，相關(guān)專家會對氣象進行深入研究，確保發(fā)射時間段的天氣狀況最佳。凌晨天氣狀況比較穩(wěn)定，基本不會出現(xiàn)突然的天氣變化，有利于火箭發(fā)射。同時，凌晨云層少，這代表云層更薄，這樣的條件更有利于信號傳播。

方便觀測

凌晨的稀薄云層，更便于觀測，科研人員可以更好地利用望遠鏡等天文設(shè)備，對觀察到的發(fā)射情況做出總結(jié)。在白天強烈的太陽光下，天文望遠鏡有時難以觀測到火箭的具體情況。大火箭歷次飛向太空，地面上的科研人員都要對衛(wèi)星進行實時跟蹤。由于凌晨整體的環(huán)境亮度都比較低，火箭噴射著火焰飛向太空的時候非常顯眼和突出，有利于地面的光學和測量設(shè)備跟蹤到目標，收集相關(guān)信息。同時，大火箭送入軌道后，由于嫦娥五號上一些設(shè)備的蓄電池容量有限，所以飛向太空后，還必須要有太陽光照。凌晨發(fā)射的嫦娥五號飛到數(shù)萬千米之后，蓄電池處在最大的光照夾角位置，能獲得源源不斷的光照能源，供其可持續(xù)地工作。

本文內(nèi)容來自“中國運載火箭技術(shù)研究院”公眾號，ID：casc_calt

風暴洋：人類探月新地標

文｜賀逸舒 高立英 安普忠 趙金龍

這是一個了無生機、塵埃遍布的沉寂世界。滿月之夜，當我們把天文望遠鏡對準月球，會發(fā)現(xiàn)月亮左側(cè)有一片巨大的暗區(qū)，這就是“風暴洋”。2020年12月1日，一位來自38萬千米外的中國客人，造訪了沉寂51年之久的月球風暴洋。

月球風暴洋附近第1次迎來地球客人，是在1966年2月3日。那一天，來自蘇聯(lián)的月球9號探測器首次成功完成月表軟著陸。它向世界宣告：月球表面是堅固的，人類完全可以降落在月球上，不必擔心會陷入月壤中。此后，來自美國的勘測者1號、蘇聯(lián)的月球13號、美國的勘測者3號和阿波羅12號等，絡(luò)繹不絕地造訪了風暴洋，這里儼然成為人類的“探月地標”。

當中國的嫦娥五號探測器緩緩降落到月球表面，登陸的是風暴洋此前從未有人類涉足過的東北部地區(qū)，許多人在心中為這一瞬間配了音——“砰”！在人們想象中，這是嫦娥五號在月球表面著陸的聲音，也是高懸已久的心臟終于落地的天籟。月球上的風暴洋，沒有經(jīng)久不息的風暴，也沒有無邊無際的大洋，卻在無數(shù)人心中掀起萬頃波濤。此刻，月球上這片面積最大的月海，迎來了一個全新標簽：中國探月新地標。

登陸選址：月球，請回答

1200多年前，月明之夜，唐代詩人李白寫下“欲斫月中桂，持為寒者薪”的詩句。詩人想象的“月中桂”，實則是月面暗沉的部分，也就是月海區(qū)。今天，我們通過天文望遠鏡遙望月球，一幅浩瀚的圖景就能呈現(xiàn)眼前：小型月海和眾多環(huán)形山、島嶼，共同構(gòu)成月球那“荒涼的壯美”。

此次，嫦娥五號的登陸區(qū)域就是月球上唯一被稱為“洋”的月?！L暴洋。這片位于月球西側(cè)的月海，勢力范圍冠絕整個月球，占據(jù)了從北緯60°至南緯20°，西經(jīng)85°至東經(jīng)10°之間的區(qū)域。嫦娥五號的著陸點則在風暴洋呂姆克山脈以北地區(qū)。與其他的著陸采樣地點相比，嫦娥五號選取的著陸點緯度更高，且此前從未有人涉足。

雖然中國探月工程起步晚，但每一步都穩(wěn)扎穩(wěn)打，每一個選址都頗具考量。中國地質(zhì)大學（武漢）行星科學研究所肖龍教授參與了嫦娥五號采樣點的選址工作。他表示，著陸點要遠離以往的著陸采樣區(qū)，要有與以往不同的樣本，才有可能回答以往尚未解答的科學問題。

從嫦娥一號到嫦娥五號，中國探月工程在前人走過的路上，走出了一條前所未有的創(chuàng)新之路。

呂姆克山脈有月球上相對年輕的火山，樣品有很大的研究意義。美國《科學》雜志報道稱，此處可能在大約13億年前發(fā)生過火山噴發(fā)，晚于絕大多數(shù)月海玄武巖的噴發(fā)時間。從太空俯瞰，這座以德國天文學家呂姆克命名的巨大山丘，高聳而獨立，底部直徑約有70千米?；鹕絿姲l(fā)后形成的熔巖平原較為平坦，有利于探測器著陸。同時，風暴洋地區(qū)富集鈾、釷、鉀等放射性元素。嫦娥五號采集的樣品，將有助于了解呂姆克山的表面成分，并對月球火山作用的持續(xù)時間、月球大型撞擊事件的發(fā)生時間提供參考。國家天文臺研究員鄭永春介紹說，每一個著陸點的選擇，其實都是工程上的安全性、技術(shù)上的可行性，以及科學上的豐富性，這3點共同考量的結(jié)果。

人類過去的采樣返回任務，要么是載人登月，如美國，由宇航員攜帶不同的工具去采樣，然后將樣品帶回地球；要么像蘇聯(lián)那樣，用一個單一的無人采樣裝置去月球采樣，每次采樣量為一兩百克。嫦娥五號探測器系統(tǒng)副總設(shè)計師彭兢說：“中國這次瞄準的是采到千克級樣品。”“部分樣本將單獨存放，免受自然災害的影響，還有一些將被留作公開展示?！辨隙鹞逄柸蝿崭笨傇O(shè)計師李春來說。

為世界探月作出新貢獻

如同地球上的地貌都有單獨的稱呼，月球上的山脈、溝壑也有自己的名字。普通人或許分辨不出它們的區(qū)別，但這些地形地貌的名字于地球并不陌生：亞平寧山脈、阿基米德環(huán)形山、阿爾卑斯大月谷……而人類給月球地貌起名的歷史，大約源于17世紀。

1609年，伽利略用自制的望遠鏡觀察到月球上的高山凹地，于是他用自己家鄉(xiāng)的亞平寧山脈給月球上最大的山脈命名；意大利天文學家里喬利則將月面的暗區(qū)稱為海，并賦予它們一些浪漫的名稱，比如雨海、靜海、酒海、風暴洋等。后來，人們熟悉的科學家、神話傳說、地球地貌等，漸漸變成了月球上一座座山、一個個谷的名字。

國際天文學聯(lián)合會成立后，月球地名的命名實行了標準化管理。今天，月球上已有9000多個區(qū)域有了各式各樣的名字。而月球上以中國元素命名的地貌，目前共有27個，這些名字還并非全部由中國申請。1985年之前，月球上只有祖沖之環(huán)形山、張衡環(huán)形山、郭守敬環(huán)形山等10個中國元素地名。這些月球地名雖然是以中國歷史上的著名科學家命名，但實則是國際天文學聯(lián)合會本著文化多樣性原則自主命名的。2010年，我國利用嫦娥工程影像數(shù)據(jù)首次申報了“月球地理實體命名”。發(fā)明造紙術(shù)的蔡倫，發(fā)明活字印刷術(shù)的畢昇，以及中國近代天文學家張鈺哲，他們的名字分別成為月面3個撞擊坑的名字。這是中國人第1次為月球地貌賦予名字。

隨著中國探月工程一步步推進，月球上留下越來越多中國的印記。正如法國《世界報》刊文所說，中國已經(jīng)根據(jù)自己的節(jié)奏，有條不紊地攀上了通往月球的階梯。

2016年1月5日，國際天文學聯(lián)合會正式批準，將嫦娥三號探測器著陸點周邊區(qū)域命名為“廣寒宮”，附近3個撞擊坑分別命名為“紫微”“天市”和“太微”。廣寒宮，是中國古代神話中嫦娥仙子在月亮上的宮殿，而3個撞擊坑的名字，則源于中國古代天文星圖。

嫦娥四號登月后，中國一次獲批的月球地名多達5個：嫦娥四號著陸點被命名為“天河基地”，著陸點周圍的3個環(huán)形坑分別命名為“織女”“河鼓”和“天津”，著陸點所在的馮·卡門撞擊坑內(nèi)的中央峰則被命名為“泰山”。

探月工程副總指揮、國家航天局探月與航天工程中心主任劉繼忠說：“月球地理實體命名，能從一個側(cè)面反映一個國家在月球探測及其科學研究工作上所取得的成績，體現(xiàn)一個國家的綜合實力和科學技術(shù)發(fā)展水平?！?/p>

以“玉兔”命名的月球車，創(chuàng)造了全世界在月工作時長紀錄。玉兔號月球車拍攝的照片，是人類時隔40多年首次獲得的最清晰的月面照片，其中包含的大量科學信息和數(shù)據(jù)均向全球免費開放共享，在人類探索月球的歷史上留下了濃墨重彩的一筆。以“嫦娥”命名的中國月球探測器，不僅是中國探月工程的重要功臣，更為世界探月作出了巨大貢獻。

“俱懷逸興壯思飛，欲上青天攬明月?！币粋€個中國名字成功“落月”的背后，是一個古老民族走向偉大復興的逐夢之路。而今，隨著嫦娥五號成功著陸，不少熱心網(wǎng)友已經(jīng)開始張羅著要給新著陸點起名字?？萍寂c文化相輔相成，有了文化的浸潤，科技正變得更親民，更有溫度。

遙望月亮之上的更美風景

嫦娥五號的成功發(fā)射，令人類探月史上登陸月球表面的航天器又增加了一個。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2020年5月，人類共發(fā)射逾百個航天器探索月球，其中成功登陸月球表面的航天器約為20個（含月球車）。

如果將歷史上所有月球著陸點放在同一張月面圖上，你會發(fā)現(xiàn)，人類的探月之旅大多集中在月球正面的中低緯度地區(qū)。

蘇聯(lián)月球計劃的登陸點位于月球0°到北緯40°之間。其中，人類歷史上第一個在月球表面硬著陸的航天器，是蘇聯(lián)1959年9月12日發(fā)射的月球2號探測器，它的殘骸永遠留在了月球北緯31.8°。

美國阿波羅計劃的登陸點基本位于北緯30°到南緯10°之間。其中，1969年7月，阿波羅11號完成了人類歷史上第一次載人登月。美國宇航員阿姆斯特朗的第一步，恰好踩在月球的赤道地區(qū)。而阿波羅17號則在月球北緯20°地區(qū)，留下了迄今最后一個在月球活動過的人類的腳印。

如今，嫦娥五號在風暴洋呂姆克山脈輕盈一落，開始了一次全新的探索。在世界探月之旅中，越來越多的中國紀錄成為世界紀錄。在美國探月的勘測者計劃中，勘測者7號探測器最遠到達月球南緯40°附近。中國的嫦娥三號在月球西經(jīng)19.51°、北緯44.12°成功登陸，是目前人類探月史上緯度最高的一個登陸點。中國的嫦娥四號探測器在月球背面著陸，則填補了人類對月球背面研究的空白。

探月之旅推動著科學技術(shù)不斷前進。而探月之路，究竟該去往何方，這個問題困擾了世界幾十年。答案，在中國航天人的心中卻是如此明晰——

“和平利用太空，開發(fā)和利用月球的資源、能源和它的環(huán)境，為全人類造福，這才是我們中國探月的主旋律?！敝袊虑蛱綔y工程首席科學家、中國科學院院士歐陽自遠這樣說。

本文內(nèi)容來自《解放軍報》2020年12月2日

月球旅行五大熱門打卡地

文｜楊詩瑞

月球表面雖然沒有風霜雪雨和江河湖海的秀麗風光，但那里有廣袤的月海、星羅棋布的環(huán)形山、重疊的撞擊坑、神奇的“月球噴泉”，別有一番動人心弦的壯闊。如果有一天我們登上月球，那么下面這幾個地方是必須要去打卡留念的。

天上廣寒宮

毋庸置疑，如果能去月球觀光，大家最想去的地方應該就是“廣寒宮”，那么，月亮上真的有“廣寒宮”嗎？“廣寒宮”里有“嫦娥”和“玉兔”嗎？

2013年12月14日，嫦娥三號探測器成功著陸月球虹灣地區(qū)。為了規(guī)范這片著陸區(qū)的名稱，我國向國際天文學聯(lián)合會提出了命名申請。經(jīng)過3個月的公示，嫦娥三號探測器著陸點周邊77米區(qū)域被命名為“廣寒宮”，緊鄰這片區(qū)域的3個較大的撞擊坑分別被命名為“紫微”“天市”和“太微”。

嫦娥三號的降落地被命名為“廣寒宮”

廣寒宮坐落于虹灣，其邊界是一個比較規(guī)則的半圓形，像雨后一道彎彎的彩虹。那里地勢平坦，區(qū)域較大，探測器著陸后既可以探測分析月海中的月壤，也可以對月陸上的月巖進行取樣，對于月球研究可以達到事半功倍的效果。所以，這片區(qū)域成為探測器登陸的候選地。如果大家有朝一日登上月球，務必要去這個充滿紀念意義的地方打卡留念。

風平浪靜風暴洋

其實，月海并不是真正的海洋。從地球上看，月球表面有明暗之分，早期的天文學家以為發(fā)暗的地區(qū)都有海水覆蓋，因此把它們稱為“?！薄嶋H上，那里一滴水都沒有，月海之所以看上去黯淡無光，是因為存在大量的玄武巖，對太陽光的反射率比較低。

除了虹灣，大家還可以去風暴洋打卡，它是月球表面最廣闊的月海。雖然“風暴洋”這個名字很容易讓人聯(lián)想到狂風咆哮、巨浪滔天，實際上，那里只是一片寂靜而廣闊的平原。風暴洋的面積有400多萬平方千米，北面與露灣、冷海相連，南面與知海、濕海、云海連在一起，西面高峻的懸崖峭壁組成漫長的“海岸線”，東北面則是圓形的雨海。

在風暴洋中聳立著眾多環(huán)形山，面積比較大的有中東部的哥白尼環(huán)形山、中部的開普勒環(huán)形山和北部的阿里斯塔克環(huán)形山，它們有著明亮而狹長的輻射紋?？茖W家推測，輻射紋是大的隕石撞擊月表后拋出的巖石和粉末回落到月面形成的，因為其對陽光的反射較強，所以看上去格外明亮。

前不久，我國的嫦娥五號探測器就著陸于風暴洋的呂姆克山脈以北地區(qū)?？茖W家推斷，那里的土壤更年輕，土壤中鈾、釷、鉀等放射性元素含量更高，從那里采樣返回，對于研究月球的起源及演化歷史有很高的價值。

傳奇的永恒之光

月球上的山脈大多是用地球上山脈的名字命名的，如亞平寧山脈、阿爾泰山脈、阿爾卑斯山脈、高加索山脈、喀爾巴阡山脈、比利牛斯山脈等，還有一些以著名科學家的名字來命名，如月球南極附近的萊布尼茨山脈等。

相比地球上大陸板塊擠壓形成的山脈，月球上山脈的形成則要暴力很多。小行星高速撞擊月球表面，導致月殼發(fā)生位移和隆起，短短幾分鐘，就形成了這些與地球上的山脈不相上下的高大山峰。所以，月球上的山脈也常常是月海的邊界。如雨海周邊就圍繞著亞平寧山脈、喀爾巴阡山脈、前驅(qū)山脈、侏羅山脈、阿爾卑斯山脈、高加索山脈和海瑪斯山脈等一系列綿延起伏的高山。

月球上還有一座非常有傳奇色彩的永恒之光峰。它是一座位于月球北極撞擊坑邊緣的山峰。它的獨特之處在于，那里的太陽永遠不會落下。這種現(xiàn)象是因為月球的自轉(zhuǎn)軸傾角很小，使極點附近突出的山峰可以永遠沐浴在陽光下。有了太陽光的持續(xù)照射，永恒之光峰就始終陽光充足，每日平均氣溫變化僅20℃左右，遠小于日均氣溫變化高達200℃的月球赤道地區(qū)，這里應該是未來人類建立月球基地的理想地點。

第谷撞擊坑

“小時不識月，呼作白玉盤?！彪m然大家從地面上看到的月亮皎潔光滑，其實它上面分布著眾多隕石撞擊形成的圓形月坑。月坑數(shù)量極多，大小各異，小的直徑幾百米，大的直徑有幾百千米。如月球南極附近的貝利撞擊坑，直徑就有295千米，比海南島還要大一些。

第谷撞擊坑

在這些大大小小的撞擊坑中，第谷撞擊坑非常有名。每當滿月時，人們在地球上用肉眼就能看到它延伸出的美麗輻射紋。它以丹麥天文學家第谷的名字命名，直徑85千米，環(huán)壁高4850米，還有一座高度達1600米的中央峰。

第谷撞擊坑結(jié)構(gòu)復雜，顯現(xiàn)出年輕撞擊坑特有的、挺拔峻峭的風姿。它的輻射紋從撞擊坑中心呈弧形向外延伸，貫穿整個南部高地，疊加在許多撞擊坑之上，有的甚至延伸到酒海、靜海、云海、知海和風暴洋中，蔚為壯觀。所以說，它能成為未來月球上的熱門打卡地一點都不奇怪。

月球上還有3個以中國人的名字命名的撞擊坑，分別是畢昇、蔡倫和張鈺哲撞擊坑。其中，張鈺哲是我國近代天文學的奠基人、共和國首任天文臺臺長，他開創(chuàng)了中國人命名小行星的先河。

夢幻般的“月球噴泉”

月球上還有一種奇異的風光叫“月球噴泉”。

著名的科幻作家哈爾·克萊門特發(fā)表的一篇科幻小說中曾經(jīng)幻想過一種場景——月球表面的灰塵揚起又落下，因為運動摩擦產(chǎn)生大量電荷，當環(huán)形山也帶上電荷后，灰塵會在靜電作用下，像一座巨型噴泉，在陽光下升騰不止。

這種來自科幻作家筆下的美麗暢想，居然在月球上真實存在。曾經(jīng)登月的宇航員就看到過，在離月球地面不遠的空中，總有一些猶如黎明到來時的微弱光芒在閃耀，非常清晰，并且這種狀況會一直持續(xù)到黑夜降臨。1972年，阿波羅17號的宇航員乘坐飛船進行環(huán)月飛行時，在月球上日出與日落之間的10秒鐘內(nèi)，反復看到了“絲帶”“白簾”或者“晨曦”一樣的光幕。

阿波羅任務照片中能看到離月面不遠的半空中的微弱光芒

這些神奇的景象都是由月球上揚起的月塵造成的，而且正如哈爾·克萊門特推測的那樣，這種景象的確是由靜電作用使月塵在月球表面長久飄浮所產(chǎn)生的。不過在現(xiàn)實中，月塵的電荷不是摩擦產(chǎn)生的，而是通過陽光照射，捕獲光能產(chǎn)生的，或是通過太陽風等帶電粒子來獲得。在月球表面，月塵微粒所帶的電荷逐漸積累，直到塵埃微粒相互排斥，甚至離開月球表面，上升到數(shù)米乃至數(shù)千米的空中懸浮起來，最終形成壯觀的帶電塵埃帶，并在太陽照射下閃閃發(fā)光。相信這樣的奇觀一定值得登上月球的人們爭相觀賞，一睹為快。

本文內(nèi)容來自《中國航天報》

一捧月塵對人類的意義

文｜艾栗夏

一萬五千天，終于等到這一天

1972年，中美關(guān)系破冰，尼克松訪華，中方贈予美方兩只大熊貓興興和玲玲。作為回禮，中美正式建交的半年前，美國回贈了中國一塊黃豆大小的月球表面土壤。這塊凈重僅1克的月壤引起了國家的高度重視，很快成立專家組，小心翼翼地取出這塊月壤的一半，分析其礦物成分、化學組成。

那是個艱難的時代，我國科研水平不夠先進，儀器不夠精密，而樣本只有1克，還需特殊儲存。為這顆小東西，整個團隊研究了4個月，發(fā)表了14篇論文。改革開放之初，我國航天專家多次向國家建議開啟中國探月工程，受限于經(jīng)濟發(fā)展水平，未能如愿。可若無當年的窘迫，也不會有中國今天的探月決心。從1993年開始，我國航天專家開始了整整10年的登月必要性和可行度論證。2004年，國務院正式批準繞月探測，初始投資14億元，為嫦娥工程一期立項。

如今，嫦娥五號探測器已在月表呂姆克山脈降落，這是一個美國和蘇聯(lián)都未到達過的地方。嫦娥五號的機械臂鉆頭深入月球地表取樣，為我國帶回近2千克月壤樣本。

月球?qū)θ祟惥烤褂卸嘀匾?？為何值得投入巨大的人力、物力以及漫長的時間去取一捧月壤？許多人堅信，人類從未登上過月球，月球背后是我們難以想象的外星文明的基地，又或者它內(nèi)部中空，是一顆人造天體。然而月亮的秘密，遠不止四季、潮汐、磁場或者歷法，正是它的了無生氣和一片沉寂，為地球注入了無限生機，它是人類唯一的過去，也可能是唯一的未來。

地球之盾

每年11月，位于南半球的澳大利亞進入夏季，伴隨著滿月到來的，是大批海洋學家和潛水愛好者。很快，大堡礁的珊瑚蟲將伴隨滿月與潮汐，開啟一年中最盛大的繁衍儀式。

這是迄今人類尚不能完全解釋的自然奇跡，成千上萬的珊瑚蟲同時噴射出精卵束，將夜間的海域點綴成熒光熠熠的星空。這場海底焰火已經(jīng)持續(xù)了數(shù)億年，覆蓋面積比整個德國還大。如果說太陽與水溫是配子成熟的催化劑，那么月亮與潮汐則無疑是約定俗成的狂歡信號——滿月后的大潮洶涌，利于配子擴散，能使精子與卵子得到最大程度的結(jié)合；隨之而來的小潮則讓水域平靜，留給珊瑚幼蟲一個穩(wěn)定的海床環(huán)境存活定居。

大堡礁珊瑚蟲在滿月夜同時產(chǎn)卵

澳大利亞大堡礁是世界最大的珊瑚礁，生活在這里的珊瑚蟲在每年10—11月進入繁殖季，并在繁殖季的滿月午夜一起產(chǎn)卵，這種行為一直是生物學中的一個未解之謎。2007年，一個國際研究小組在美國《科學》雜志上發(fā)表論文，宣布已經(jīng)破解了這個謎團。

過去人們一直推測珊瑚蟲以海流、水溫和天氣等的變化為信號，統(tǒng)一產(chǎn)卵時間。研究發(fā)現(xiàn)，其背后的詳細機制是因為珊瑚蟲體內(nèi)有一種光傳感器，能感知滿月時的光線。從新月到滿月，月光逐漸增強的過程中，大堡礁珊瑚蟲體內(nèi)的傳感器基因隨之漸漸活躍，充當了滿月之夜產(chǎn)卵的觸發(fā)器。

研究人員認為，這種光感應基因起源于5億多年前，原本為保護原始生物不受紫外線侵害而產(chǎn)生，現(xiàn)在它存在于從昆蟲到人類的很多生物體當中，與生物鐘的控制相關(guān)。（來自新華網(wǎng)）

這種月球生物鐘，從地球上的寒武紀時期起，就深植在海洋生物的集體智慧中。許多魚類都會根據(jù)月光與潮汐的變化擇時產(chǎn)卵。今天，學者普遍認為，地球生命源自海洋，可若沒有月球帶來的潮汐漲落，海洋孕育出的生物可能永遠也無法抵達陸地。

在與地球相伴的45億年中，月亮小心地磨合著彼此共舞的距離。離得太遠，引力太小，潮汐微弱，生命難以演化；離得太近，引力太大，潮汐則會直接變成海嘯。

巧合的是，自人類誕生之初，月亮看起來就和太陽差不多大，可實際上呢？太陽的直徑是月球的400倍，論體積的話更是差了6400萬倍（即4003），可為什么從地球上看起來日月的大小幾乎沒有差別呢？這是因為，地日距離剛好就是地月距離的400倍，一個如近在你眼前的珍珠，一個如遠在高空的熱氣球，看起來自然差不多大。這樣一比，你可能覺得月球太小，其實也不盡然。目前人類所知的太陽系中的大行星共有200多顆衛(wèi)星，唯有月球與母星地球的質(zhì)量體積比最大。它穩(wěn)定著地軸傾角，維持著地球上的四季節(jié)律。如果沒有月球，地球上由傾角劇變導致的極端氣候勢必摧毀一切，到時地球會變成火星一般的煉獄。

這難免讓人覺得，宇宙若不是為我們量身定做了月球，那必是為月球量身定做了我們。它耐心地安撫著地球的躁動，用引力牽制著我們自轉(zhuǎn)的速度，從遠古的一晝夜10個小時慢慢延緩至今天的一晝夜24小時。顯微鏡下，白堊紀的貝殼紋理告訴我們，那時每年要經(jīng)歷372個晝夜更替，表明7000萬年前，地球的自轉(zhuǎn)速度更快，那時候的一晝夜其實是23.5個小時。如果沒有月球牽制，地球飛快自轉(zhuǎn)，地表的一切將化為齏粉。

現(xiàn)在的月球表面承受了太多風化、隕石撞擊、巨大溫差和太陽粒子流，就像蘸了一層巧克力脆殼的冰淇淋，外表與內(nèi)部嚴重不符。我們要想研究月球的歲數(shù)、形成、礦物成分，光取表面一層的月塵肯定不行，這也是為什么嫦娥五號要帶著沉重的鉆機，鉆地取樣。

人們總是歌頌太陽，覺得月亮不過是顆衛(wèi)星而已，不發(fā)光也不發(fā)熱，還被地球潮汐鎖定，只能用一面示人，卻很難意識到，正是它在幫助我們維持著自轉(zhuǎn)、潮汐、四季和氣候的穩(wěn)定，循環(huán)往復，歷久彌新。數(shù)十億年來，月球用它的冷寂和荒蕪，守護著地球的無限生機。

探月之路

回首人類上一次登月取樣，還是1976年，蘇聯(lián)的探測器月球24號，取回了171克月壤。蘇聯(lián)的月球采樣成功過3次，一共取回過326克月壤。美國收獲更大，7次中成功了6次，畢竟他們是帶著人上去的，總共取回過382千克月壤，贈予過100多個國家，其中就包括中國，受贈1克月壤。

許多人堅信，美國登月是騙局，所謂登月不過是震懾蘇聯(lián)的伎倆而已。要推翻這點其實很簡單，因為美國和蘇聯(lián)交換過彼此采集到的月壤，就在1970年，中國發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”的這一年。雖然他們交換得不多，只有3克，但蘇聯(lián)馬上明白過來：即便民間散布再多“美國登月騙局”這種謠言，也改變不了自己太空競賽落后的事實。美國研究了足夠多的月壤，占盡了先機，具體到月球上哪兒含水量高、哪兒蘊藏稀有礦物、哪兒有核聚變?nèi)剂?、哪兒適合建月球空間站，美國都了如指掌。掌握了這些信息，就等于直接稱霸了未來太空戰(zhàn)略布局。見此情況，蘇聯(lián)立刻加快了行動，在交換月壤2年后相繼發(fā)射了月球20號（1972年）和月球24號（1976年）登月采樣。

現(xiàn)在普遍認為，月球上蘊藏一種名為氦-3的清潔能源。這種物質(zhì)在地球上非常稀少，但在磁場弱、大氣稀薄、離恒星近的天體上儲量比較多，水星上氦-3儲量就很豐富?？稍谠虑蛏暇陀械臇|西，我們何必舍近求遠呢？

氦-3作為核聚變發(fā)電燃料，無輻射污染，安全又高效，如能運回來10噸，就足夠全人類一整年的用電需求。要知道，發(fā)這么多電如果換成燒煤，至少得燒80億噸。雖說目前氦-3核聚變的技術(shù)還不完備，開采后運回地球的成本也高，但作為輔助能源和飛行器燃料還是可以的。月球的重力只有地球的1/6，如果建成太空中轉(zhuǎn)站，然后直接開采月球上的氦-3來發(fā)射航天器，那就能省很多事了。

這是中國嫦娥工程的目標，也是美國“阿爾忒彌斯計劃”的主任務之一。美國航空航天局（NASA）一直以來都在為“駐月”做打算。比如，駐月需要解決氧氣問題，NASA為此專門設(shè)立了一筆價值25萬美元的獎金來尋求在月球上制造氧氣的方案。2006年，NASA的化學工程師開發(fā)出“月球造氧機”，獲得了這筆獎金?，F(xiàn)在與美國簽署“阿爾忒彌斯計劃”的有英國、澳大利亞、加拿大、日本、意大利等7國。在嚴峻的疫情形勢下，美國在太空探索上仍舊一點都不含糊，計劃2024年重返月球，下一步就是登陸火星?？梢?，無論地面上的事情況如何，月球仍是“兵家必爭之地”，因為一步落后，再想逆風翻盤就難了。

阿爾忒彌斯計劃

阿爾忒彌斯計劃（Artemis Program）是由美國政府于2017年批準資助的一個載人航天項目，其目標是在2024年前將宇航員平安送往月球并返回，同時建立常態(tài)化駐留機制，為未來的載人登陸火星任務鋪就道路。阿爾忒彌斯計劃由NASA主導，并有多家美國商業(yè)航天企業(yè)及國際合作伙伴參與，其中包括歐洲航天局、日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)、加拿大航天局、意大利航天局、澳大利亞國家航天局、英國航天局、阿聯(lián)酋航天局等。

空心月亮

百年前，達爾文的兒子、英國天文學家喬治·達爾文曾堅定地認為，月球是地球轉(zhuǎn)著轉(zhuǎn)著不小心甩出去的一塊大陸，地球上缺出來的地方就是今天的太平洋。

今天再提起月球起源，比較公認的是20世紀80年代興起的“大碰撞說”——45億年前，原始地球和一顆火星大小的天體發(fā)生了劇烈碰撞，這不僅使原始地球的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了偏斜，而且使碰撞天體碎裂。在地球引力的作用下，大碰撞拋出的氣體塵埃物質(zhì)形成巖屑盤，并通過吸積，先形成了一些小天體，然后像滾雪球一樣不斷吸積增長，最終形成了現(xiàn)在的月球。

月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

相較于達爾文兒子的“分裂說”和漏洞百出的“捕獲說”，“大碰撞說”勉強靠譜，但它沒法解釋為什么月球和地球的天體基因那么相似，簡直跟雙胞胎似的。如果說真是其他天體碰撞形成的，月球應該更像碰撞天體而非地球才對啊。

近年有個比較風行的新說法，即大碰撞后，地球高速自轉(zhuǎn)，變成了一種像甜甜圈一樣的全新天體，月球就是從這個炙熱天體的內(nèi)部孕育出來的，所以二者才擁有近乎相同的同位素比例。這一提法彌補了“大碰撞說”的缺陷，二者貫通后，就可以解釋為什么月球的公轉(zhuǎn)方向與地球的自轉(zhuǎn)方向一致，為什么二者天體基因相似，為什么月巖有熔融態(tài)，以及為什么月球的鐵鎳核心那么小，密度也比地球低了許多。因為在大碰撞中受傷最重的是地球和碰撞天體的地幔，這些碰撞產(chǎn)生的碎屑慢慢形成了月球，碰撞天體的核心則沉入地球，成了地心的一部分。

可是，許多人都誤會了這件事，月球密度低經(jīng)常被誤讀，與月球“空心說”掛鉤。空心月亮的提法，最早可以追溯到英國格林尼治天文臺第二任臺長哈雷，就是發(fā)現(xiàn)哈雷彗星的那一位。他認為天體應該是空心的，地球是空心的，月球也是。但哈雷是1656年生人，有這種天馬行空的想法很正常，畢竟那時候的人都相信有地獄，地球必須是空心的地獄才有地方關(guān)壞人，而這原本也只是個小說素材。

1901年的小說《月球第一人》中，外星蟲族就居住在空心月亮里?？烧l能想到，這種說法的真正盛行居然是在人類登月以后。由于美國的阿波羅12號檢測到了月球上異于地球的超長時間的月震，許多人都開始聲稱月球是空心的，因為實心球根本不可能震這么久。

1970年，蘇聯(lián)科學院的研究人員發(fā)表了一篇名為《月球：未知生物的宇宙飛船》的文章，說月球上的隕石坑都太淺，月表之下一定有層裝甲船體，所以隕石才撞不下去，加上月球表面檢測到了稀有金屬，而這種金屬在地球上根本不可能自然產(chǎn)生，更坐實了月球是個人造天體的傳聞。

其實，我們只需要知道“月球沒有大氣層”這一點，就可以解釋以上全部謬論。沒有大氣層、沒有水、月表近乎真空，太陽風和宇宙射線可以直接轟擊月球表面，月表土壤的化學、物理性質(zhì)和地球不一樣，那是再正常不過的事了。

蘇聯(lián)科學院能不明白這一點嗎？那為什么還會有這樣的文章出現(xiàn)呢？其實，月球空心說和登月騙局、火星男孩是一個性質(zhì)，是為了瓦解美國探月動力的一種輿論手段，主要目的就是讓美國民眾害怕又迷惑。

事實上，在某種程度上，這種做法確實產(chǎn)生了效果。獵奇的故事和對未知的恐懼讓一些普通美國民眾對月球望而生畏：原來月球是屬于外星人的！阿波羅登月早就被外星人警告了！美國已經(jīng)被外星人控制了！20世紀末，美國官方每每提出進軍月球的口號，就會有大片反對的聲音：求你別再招惹外星人了！而耽擱美國探月進程的每1秒，對競爭者而言，都是反敗為勝的機會。

就這樣，月球空心說的傳言甚囂塵上，直到今天，在網(wǎng)絡(luò)上依然能看到這些言之鑿鑿的話：“美國登月都是騙局，中國為什么要湊這個熱鬧呢？”“月球空心已有鐵證！”……

當遇到這些觀點的支持者，急著去說服也許并沒有效果，就好像不要試圖去叫醒裝睡的人。月球的確很神秘，即便人類已經(jīng)取回月壤進行研究，它的過去、未來依然掩藏著無盡的秘密，可我們必須明白，散播恐懼，是試圖擊潰一個信仰的第一步，短視的雙眼只能聚焦眼前的謠言，一切遠景都被忽略，這樣又何談未來？

2020年11月24日凌晨，嫦娥五號奔月，中國探月的夙愿和40多年的努力，讓我們飛到了前人從未到達的地方，擁有了屬于自己的月壤樣本。而從接過美國贈予月壤的那一刻開始至今，一代代中國航天人足足等了42年。如今，我們終于可以在新的領(lǐng)域開辟源流，探月、繞月、登月、駐月，未來我們還有很多探索深空的計劃，而這道路上的每一步，都將成為人類探索浩瀚太空的見證。

百年之后再回眸，那該會是怎樣的心情，我們無法替未來的人想象，但可以預見的是，此刻每一個心潮澎湃的、年輕的你，會在不遠的未來，成為人類太空文明的新的書寫者……