不远万里,为啥要到月球上挖土?

发表时间:2020-12-07 21:01:12来源:微科普作者:张小东原创保护:权威认证:
权威认证本文已通过领域专家审阅认证、已获得原创保护
字体大小:A+  A-
12月3日,中国探月工程嫦娥五号完成了月球表面土壤采样,点火起飞携带“月球土壤”(以下简称月壤)进入环月轨道,不日将返回地球。“嫦娥五号”作为目前全球最大吨位的无人深空探测飞船,“嫦娥五号”的研发建造成本也高的惊人,再加上“长征五号”运载火箭的投入,预计此次发射计划的总投入超过了30亿元。造价几十亿元,采集月壤,意在何为呢? 莫要一叶障目,不见泰山上九天揽月,下五洋捉鳖,是何等的豪气。 如果“蛟龙号”承载着中国人“下五洋捉鳖”的梦想,那么奔月工程就承担着“上九天揽月”得飞天梦。所有伟大的事业都是始于梦想,基于创新,成于实干。今时今日,中国嫦娥五号着陆月球本身就是一个伟大的成就。

“挖土”本身就是一件突破,实现了多个首次。

图 1 嫦娥五号

1)实现中国首次月球无人采样返回,嫦娥五号提取样品是1976年苏联成功完成“月球24号”无人探测任务以来的首次采集月球样品尝试。

2)首次设备自动采集月壤超过2kg,超过前苏联设备自动采样170g,10倍有余,成功带回后,我国月壤存储量也跃居世界第二位,具体数据如表1所示。

表 1中美苏月壤采集统计

3)首次在月球正面风暴洋北部的吕姆克山(Mons Rümker)一带采集样品,如图2所示。此处是月球最大的月海“风暴洋”,也是人类从未探索过的区域。

4)首次突破对月球采样的相关性技术,完成第一次进行实施,为我国探月工程又一里程碑。

……

多个首次,让中国探月工程攀上了一个新的高峰。如果非要言明这两公斤“月壤”的价值—无价之宝。

图 2 嫦娥五号、阿波罗和luna采样分布点

另外,不要以为采集“月壤”,就是拿着小铲子铲到容器里面,就结束了,没那么简单。有一组数据,来看看“月壤”采集,如何实现的?

19个小时提前完成月球表面样本采集,并封存在储存装置中,火神山医院第一栋楼完成,中国速度仅用16小时,可想而知“月壤”采集工程何等难度。

两种采样方式,表取采样的机械臂非常抢眼,臂杆长3.7米,由数十个关节组成,采样范围在120度七八个平米,表取重量约为1.5公斤。浅表钻取,可以360 度无死角可视化操作,钻取样本约为0.5公斤。 

超过100℃高温,嫦娥五号耐受太阳直射下超过130℃的高温,以及比地球上大得多的辐射,还要承担真空环境下难以散热而带来的性能衰减,克服测控、光照、电源等方面的条件约束,在极端条件下完成采样工作。

嫦娥五号“金钢钻”,嫦娥五号不能移动,落到哪就得在哪钻,针对钻取任务,航天科技集团五院529厂研制团队开展了上千次地面钻取试验,实现了钻取子系统“回转”“冲击”和“回转+冲击”三种模式,以及不同参数的自由切换,以适应多种月壤工况。

表取的初级封装装置并非仅仅是一个容器,里面还有很复杂的传动机构。该装置虽然只有2个电机,但可以完成22个复杂动作。

因此嫦娥五号的“挖土”工作,可以称之为“惊险19小时”,但科研人员的努力得到了回报,嫦娥五号在完成采样工作后,按时起飞。 月壤有何不同之处,引天下英雄聚焦于此1)历史“最年轻”月壤

本次月壤不同于美苏两国的,美国《国家地理》杂志文章写道,嫦娥五号收集最“年轻”的月壤,将帮助科学家探索月球历史的奥秘。吕姆克山周围有着非常年轻的月海玄武岩覆盖区域,因此嫦娥五号可能采集到形成于10-20亿年前的年轻样品——这将填补月球地质定年和年代划分上最大的一块空白。

2)纯净的“月壤”与被污染的“月球陨石”

在人类无法踏上月球时,人类对于“月壤”的研究多来源于“月球陨石”,月球陨石是遭受小行星撞击从月球飞溅出来并陨落到地球上的岩石,月球陨石虽然是月球的岩石,但是经过空间运动,已经被污染,很多信息无法准确探究,因此纯净的“月壤”能够为科研分析提供更加准确的信息,在嫦娥五号采返回来之前,我国纯净“月壤”含量仅为1g,这一克月壤是由美国在1978年中美建交送给我国的,其中0.5克放在了北京,另外的0.5克被用来研究,可想而知纯净“月壤”科研价值多么重要。

3)“月壤”是化石记录

就如图地球的岩石一样,通过分析”月壤”我们能够了解岩石的形成原因,分析“月壤”的化学物质,找寻生物存在的痕迹,以及对这些月球样品的放射性定年,也让我们真正确定了月球上一部分区域的绝对年龄。

4)“月壤”的利用

月壤中富含稀有气体,特别是氦-3(3He)是月球重要的核燃料资源。根据专家保守地估算,月壤中3He的资源总量为约100万~500万吨。3He是一种可长期使用的、清洁、安全和高效的核聚变发电的的燃料。与氘-氚(D-T)聚变反应释放中子相比较,由于氘-氚(D-3He)聚变反应释放出质子,其反应所需防护的设施、材料和环保条件较D-T反应简便、廉价。我们只需简单地计算一下,就可知道这500万吨3He的真正价值。例如,建设一个500mw的D-sup>3He核聚变发电站,每年消耗3He仅50kg;1987年美国的发电总量若用D-3He核聚变反应发电,每年只需消耗25吨的3He,1992年中国若用D-3He核聚变反应发电,每年只需3He消耗约8吨。从这些简单的例子中可以看出,开发利用月壤中的3He,将为人类提供一种可长期使用的、清洁、安全和高效的核聚变发电的燃料。

千里之行始于足下,九层之台起于垒土,中国对于“月壤”研究的新开端就是从嫦娥五号“挖土”开始的,因此我国数十年心血,不远万里之遥,去月球挖土意义非凡。

(作者单位:广东工贸职业技术学院)

责编:微科普

分享到:

>相关科普知识