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2020
12-06

在月球上挖土有多难?

本月的某一天,我们就将收到嫦娥五号从月球带回来的“快递”。

据央视新闻报道,北京时间12月3日23时10分,嫦娥五号上升器3000N发动机工作约6分钟,成功将携带样品的上升器送入到预定环月轨道。这是我国首次实现地外天体起飞。

同时,它还完成了一项壮举:点火起飞前,着上组合体实现月面国旗展开以及上升器、着陆器的解锁分离——这是我国在月球表面首次实现国旗的“独立展示”。

“这是自1976年冷战月球竞赛结束以来,首次有航天器从月球表面发射,也是中国航天器首次从太阳系的另一个世界起飞。”这一壮举吸引了外媒的关注,《纽约时报》认为,嫦娥五号带回的月球样本“将对行星科学家用来确定整个太阳系内行星、卫星和其他天体表面年龄的方法进行校准”。

而就在12月3日下午4时许,也即嫦娥五号在月球上点火起飞前7个小时左右,在腾讯北京总部举办的2020腾讯ConTech大会上,李本琪当时透露:“嫦娥五号挖土已经完成了。”

李本琪是嫦娥一号任务01指挥员,他全程参与了我国全部探月发射任务。

他这话是在一场关于“飞向月球,跃向火星,人类何时自由遨游太空”的讨论中说的。该圆桌汇聚了李本琪、中科院自动化所复杂系统管理与控制国家重点实验室主任王飞跃、清华大学教授、天文系主任毛淑德和北斗地面试验验证系统副总设计师卢鋆四位科学家和学者。

毫无疑问,嫦娥五号成为了这场讨论的焦点。那么,这次嫦娥五号探测器成功实施月面取土采样的意义是什么?

在月球上挖土有多难?
左起:卢鋆、李本琪、王飞跃和毛淑德,拍摄:虎嗅

李本琪说:“我觉得取土的意义包括两方面,首先是大家关注的取回来多少土,这些土本身的科学含义;第二个重要的是,我们人类能到38万公里的月球上取土的能力,这也是很关键的。 ”

李本琪被称为“北斗福星”。2007年4月北斗发射任务,射前4分钟,火箭供气连接器未按规定正常脱落,如果不在射前3分钟脱落,火箭、卫星乃至整个发射场都可能不保,在千钧一发之际,李本琪一分钟之内连下7道指令,最终确保了发射成功。

他表示,在月球上“挖土”、打孔取样的困难程度跟地球上完全不是同一个量级,我们在地球上可以有很大的装备,像现在的自动挖矿都没问题,但是一到天上去,首先不可能有那么大的装置来打孔,再者月球和地球上重力的差别,这就几何级的增加了挖土的难度系数。

“这里有很多的不可测的情况,所以它增加了对控制的要求,这也是我看团队、就是做探测器的团队——文昌发射之前我也去了一下——少则干了五六年,有的干了十年,最长的从规划干了十五年。”王飞跃说,“对我们来说,也随便说一下,但对他们来说,十五年的心血在这里面,他们是蛮紧张的。”

这次的取土包括钻取和表取两部分,那在月球上挖孔取土难在哪儿呢?王飞跃说,钻取有很多不确定的因素,你不知道会发生什么事情。

“取样,其他的西方国家也做了,从行星上拿回了,但是他们只是发射了一个探测器上去,它到表面上就接触一下,采样的是微量元素。我们这次取样是要在小行星上(这里指月球)扒在上面,要刮几层,钻洞就更厉害了,你别一钻(碎石)出了轨道撞到地球了,撞向谁了,你都不知道。”他说。

王飞跃表示,这里最重要的是把所有因素变成确定因素,这么多航天人的任务就是把不确定性变成确定性,但钻孔有相当的不确定性,所以又增加了整个控制系统的复杂性。虎嗅曾在2018年采访过一次王飞跃,他的言辞之幽默让人印象深刻,这次他童言童语般的风趣和幽默同样让现场200余位观众忍不住几次捧腹。

李本琪将卫星发射形象地比作快递小哥,本月晚些时候,我们就可以拆开从月球寄回来的“快递”了。

这次嫦娥五号探月的意义毫无疑问是举世瞩目的,人类已经40多年没有染指过月球了,自从1976年苏联的月球24号飞船成功登陆月球以来,还没有其他国家成功登陆过月球。NASA打算在这个十年的晚些时候让宇航员重返月球。

一场载人登月赛跑已经开始。

那么深空探测对我们人类理解未知的世界有哪些意义?

毛淑德表示,第一个意义是,地球是人类的摇篮,但是人类不能永远待在摇篮里面,所以我们要进行深空探测,“理解人类在宇宙里面还有在太阳系里面的位置”,这也是“人类好奇心的表现,是我们人类探索自己无知边界的方法”;更重要的意义则是,深空探测对于焕发年轻一代对科学的兴趣也很重要,对中国深空探测而言,还可以激发民族的自豪感。

王飞跃说,从1988年开始,他从大学学的就是月球采矿、火星采矿,当时最主要的目的是经济价值,是希望探月能发现新的材料,还有新的动力。“我们做了很长时间就是利用月球表土加上化学反应,那个材料叫‘表土经过化学反应变成氢气’,把月球表土分解成氢气,用氢气作为燃料。”