1. 廣寒宮內盡高朋,月球是如何一步步成為熱門打卡點的?
    來源:科普中國
    發布時間:2024-01-24
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    時光荏苒,轉瞬間,距離2004年1月23號,國務院批準繞月探測工程即“嫦娥工程”立項的日子,已經過去了整整20年。我們欣喜地看到,月球探測越來越成為人類航天活動的一大熱點。尤其是今年,廣寒宮內更是將迎來多方賓客。

    探月:人類跨出地球搖籃的第一步

    探索未知世界是人類的天性,月球這一從地面望去最大的天體,自古以來就承載了人類對于浩瀚宇宙的無限向往,產生了無數關于月球的傳說、故事。

    隨著科學技術的進步,人類對于月亮認識越來越多。月球是地球唯一的天然衛星,地月相距平均約38萬千米,月球直徑大約是地球的四分之一,月球表面重力是地球的六分之一,月球一晝夜相當于27.3個地球日,月球表面溫度約為130~-180℃等等,這些逐漸為我們所熟知的常識,使人類認識到月球并非是想象中的那個天國,而是一個并不適于人類生存的不毛之地。


    地球是人類的搖籃,但人類不可能永遠被束縛在搖籃里?!饼R奧爾科夫斯基這一名言,道出了不斷繁衍和擴展這一存在于生命底層的密碼。相比于廣闊的宇宙空間,有形有質的星球簡直如同晴空中的灰塵一般難覓,而可供人類駐足的星球更是少之又少。橫亙在星球之間的遙遠距離已經成為人類走出地球搖籃最難穿越的結界。

    距離地球最近的月球,就這樣成為人類踏足外太空施展拳腳的第一個試練場。因為距離近就意味著技術難度、風險和成本都低,人類就能夠相對容易地去實踐、去探索。人類航天時代的大幕甫一開啟,對月球的探索就迎來了第一波的熱潮。

    第一輪探月高潮主要圍繞美蘇兩個航天大國之間的航天競賽展開。

    1959年1月3日,蘇聯成功發射月球1號探測器。月球1號原計劃撞擊月球,但因地面控制系統故障,未能完成預定計劃,而是在1月4日從距離月球6000千米處飛掠,成為首個飛掠月球的探測器。隨后的1959年9月12日,蘇聯成功發射月球2號探測器,并按計劃于1959年9月14日成功撞向月球正面,使其成為第一個到達月球表面的人造物體。緊接著在1959年10月7日,月球3號成功獲得了月球背面的圖像,這是人類第一次目睹月球背面的照片。

    月球3號探測器發回了第一張月球背面的照片,人類首次遠遠一窺月球背面的模樣。

    圖片來源:俄羅斯國家科技文獻檔案館

    盡管在初期落于下風,但美國也急起直追,構思了宏大的載人登月計劃,力圖依靠自身強橫的科技實力,一舉奪取這場航天競賽的勝利。美國先后發射了“先驅者”、“徘徊者”、“勘測者”等月球探測器,實現了月球表面硬著陸,開展了地月空間的環境探測,獲得了更為精確的月球天文參數,為后續的載人登月任務打下了基礎。1969年7月20日,阿波羅11號最終將阿姆斯特朗和奧爾德林送上月球,實現了載人登月的偉大壯舉。阿姆斯特朗在登上月球后留下一句至今仍被世人銘記的話:“這是個人邁出的一小步,但卻是人類邁出的一大步?!?/span>

    Magnificent Desolation: The Apollo 11 Moonwalk Pictures(NASA)

    從1969年7月至1972年12月,美國宇航員先后成功完成了6次載人登月,把總計12人送上月球,總共帶回381.7千克月球樣品。與此同時,蘇聯成功實施了月球車和無人采樣返回任務,從1970年9月到1976年8月,蘇聯的月球16號、20號和24號先后3次成功在月面軟著陸,并將成功采集到的幾百克月壤送回地球。

    當月亮向普通人逐漸敞開懷抱

    在1976年蘇聯“月球24號”任務結束之后,全球探月活動進入了冷靜思考階段。1976~1994年,全球只進行過1次成功的月球探測活動,即日本在1990年1月發射了“飛天號”月球探測器,成為第3個探測月球的國家。其原因是:隨著冷戰形勢的緩和,對空間霸權的爭奪有所緩解;需要總結探測活動耗資大、效率低、探測水平不高的經驗與教訓,提出新的探測思路和戰略;需要將月球探測技術向各領域轉化、推廣和應用;需要加速研制新的空間往返運輸系統和高效探測的裝備;需要較長時間進行探測資料的消化、分析與綜合,將月球科學研究提高到更高理性認識的階段。

    而美國在1994年1月25日發射的“克萊門汀號”環月探測器則真正掀起了世界第二輪探月高潮??巳R門汀號于當年2月6日進入環月軌道,最終運行于月球極軌道,對月球全球進行了測繪。探測器共發回了180萬(也有報道是160萬)幅圖片,探測數據表明,月球上存在著水冰。這一發現使得月球的價值陡然上升。

    在其后的逐月之路上,除了傳統的美國、俄羅斯,中國,印度,日本,歐空局,韓國等國家都取得了不俗的成績,還有以色列,阿聯酋等國家也在不斷嘗試,加入賽場。月球成為各國爭先探測的熱點。

    其中我國的“繞”、“落”、“回”三步走探月工程無疑取得了最為卓著的成績。2013年12月,隨著“嫦娥三號”在月面成功實施軟著陸。中國成為繼美蘇之后,全球第三個實現月球軟著陸的國家。而嫦娥四號探測器自主著陸在月球背面預定區域內,實現人類探測器首次在月球背面軟著陸,做到了國外沒有做過的事。2020年12月17日,嫦娥五號攜帶月壤安全返回地球著陸場,標志著三步走戰略獲得圓滿成功。

    嫦娥五號月球車在月球表面登陸。

    圖片來源:中國探月

    月球上水冰的發現,激發了美國重返月球的熱情。美國先后又發射了“月球勘探者”、“月球勘測軌道器”和“月球坑觀測與感知衛星”、“月球重力恢復和內部實驗室”、“月球大氣和塵埃環境探測器”等月球軌道器,通過遙感的方式進一步證實月球上大量水冰的存在,同時精確測量月球重力場,分析月球稀薄的大氣組成,研究月面塵埃作用,研究了未來探測活動可能對月球環境造成的影響。

    月球探測的光明前景不僅激發了各國政府的熱情,許多商業航天公司業投身于此,使得月球逐漸向普通人張開懷抱,月面著陸探測器也逐漸大行其道。以色列的“創世紀”、日本的“白兔-R” 和“月球探測智能著陸器”、印度的月船二號、月船三號、俄羅斯的月球25號、美國的“游隼”等月球著陸器先后奔赴月球,嘗試著陸月面。

    作為美國“商業月球載荷服務(CLPS)”計劃的成果,2024年還有私營公司計劃開展5次發射及月面著陸任務,包括準備著陸于月球南極的直觀機器1號和2號,著陸于月球風暴洋萊納伽環形山的直觀機器3號,著陸于月球危海的藍色幽靈登月器,著陸于月球南極諾畢爾環形山的獅鷲1號登月器。

    遠征深空的前進基地

    月球有著豐富的資源,如稀土、鐵、鈦等,但由于開礦成本太高,所以人們目前主要關注月球的太陽能和氦-3資源。月球沒有大氣包裹,每年到達月球的太陽光輻射能量相當于地球每年消耗能源的25000倍。除了太陽能,月球的土壤里還有103萬-129萬噸的氦-3資源,這些氦-3如果作為核聚變原料進行核聚變發電,可以解決人類社會未來一萬年的能源需求。

    同時,月球作為距離地球最近的唯一天然平臺,其高遠的空間位置、特殊的空間環境、特有的自然資源對地球和人類社會的發展具有不可替代的價值,并可能將成為去火星或深空探測的中轉站。由于月球的引力只有地球的六分之一,因此在月球上發射火箭消耗的能量比在地球上要低很多。再加上水冰的存在,使得在月球制造、補充火箭推進劑成為可能,月球中轉站的前景更加可期。

    月球探測工程技術的優化、二次開發能帶動和促進基礎科學和高科技的發展,如空間天文學、空間物理學;新能源技術、新材料技術、機器人技術、遙測技術等,帶動多學科交叉、滲透,并促進國家經濟可持續發展。

    月球探測是一項復雜的科技大工程,是一個國家的國家意志、科學技術發展水平和現代文明的重要標志。通過月球探測工程不但能夠提高人類對于宇宙及自身生存環境的認知,而且還能夠極大地激發科技創新,帶動大批高新技術的跨越發展。放眼國際,新一輪載人登月任務正在拉開大幕。美國已經開啟了阿爾忒彌斯計劃,準備建立月球空間站重返月球。我國的載人月球探測工程登月階段任務也已啟動實施,計劃在2030年前實現中國人首次登陸月球。


    為了實現人類長期的月球駐留,我國還計劃建立月球科研站,進行較為全面的大規模的科學探測、技術實驗、月球資源開發和月球環境利用。其中,嫦娥六號任務計劃于2024年實施,主要任務是到月球背面采樣,并攜帶月球樣品返回地球。嫦娥七號計劃于2026年將去月球南極尋找月球存在水的證據,嫦娥八號計劃于2028年配合嫦娥七號在月球南極建立國際月球科研站的基本型,對月球資源勘探和利用等進行一系列試驗。

    未來,月球南極將出現多國參與的國際月球科研站,人類的足跡將再次踏上月球。擁有豐富資源的月球將成為人類開拓太空的新領域、走向深空的前哨站。

    作者:于遠航 北京宇航系統工程研究所高級工程師

    審核:龐之浩 全國空間探測技術首席科學傳播專家,中國空間科學傳播專家工作室首席科學傳播專家

    出品:科普中國

    監制:中國科學技術出版社有限公司、中科數創(北京)數字傳媒有限公司


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