月球表層月壤和月岩外表面物質長期受到風化、氧化作用，某些有價值的信息可能被抹去，是探月一大挑戰。（取材自澎湃新聞／中國航天報供圖）

月球上究竟有沒有嫦娥已經不太重要了，因為中國的「嫦娥五號」探測器真的飛到了月球，還打包要帶回2公斤的月球土壤。為了月球這抔土，嫦娥很拚。

12月1日，由航天科技集團研製的「嫦娥五號」探測器平穩降落月球，啟動鑽頭和鏟子。經過約19小時月面工作，成功挖了2公斤月球土壤，並於3日晚自月面起飛，以接近「第二宇宙速度」（約每秒11.2公里）返回地球。


嫦娥五號抵達月面以後，著陸器上的雙目相機進行成像，造出一個與月球表面高度相似的地形，供地面人員下指令。（取材自澎湃新聞／中國航天報供圖）


「嫦娥五號」表取採樣裝置和鑽取採樣裝置一個在陽面，一個在陰面。（取材自澎湃新聞／中國航天報供圖）

第一財經報導，2013年，「玉兔號」月球車在月球表面軟著陸，使中國成為繼美國和俄羅斯之後第三個在月面軟著陸的國家。2020年1月3日，「嫦娥四號」在月球背面南極．艾特肯盆地內的馮．卡門撞擊坑內著陸，實現人類探測器首次在月球背面軟著陸。「嫦娥四號」的「落月」標誌著中國探月工程的第二階段順利完成。

中國探月的三期工程緊接著展開，這次由「嫦娥五號」擔綱，主要是自月面採樣月壤返回，開展月球樣品的地面分析研究。這是自1976年以來的首次。這抔「土」，不僅是中國首次，也使中國成為40多年來首個帶回月球岩石和土壤樣本的國家，更引來了全世界的關注目光。

人類如此接近月球，發生在44年前。

1969年，美國宇航員阿姆斯壯登上月球，他的搭檔伯茲·艾德林隨後也踏上月球表面，形容坑坑窪窪的灰色表面是「壯麗的荒涼」。從1969年到1972年，美國共完成6次載人登月，帶回約381公斤月球樣品。1970年到1972年間，蘇聯的月球16號、20號和24號探測器共取回了約321公克月壤和岩心樣本。

根據澎湃新聞刊出中國航天報的報導，與地球上風化剝蝕作用形成的土壤不同，月壤是覆蓋在月球表面的厚層岩屑和玻璃質物質，直徑多小於1厘米。通過研究月球樣品，科學家發現其中含有在地球上蘊藏量極少的氦-3。早期探測結果表明，月球淺層的氦-3含量多達上百萬噸，足夠解決人類的能源之憂。


「嫦娥五號」探測器實施動力下降並成功在月球著陸。（新華社）


「嫦娥五號」鑽取採樣過程動作複雜，目標是實現「鑽得動」、「取得著」、「封得住」、「纏得上」、「送得進」、「展得開」六大目標。（取材自澎湃新聞／中國航天報供圖）

1978年中美建交前夕，美國總統卡特的安全事務顧問布熱津斯基訪問中國，曾贈送了一公克的月球土壤「國禮」。中國將這份月壤一分為二，一半用於試驗，另一半收藏在北京天文館。

以往月球樣本採集區域多在地質現象豐富的地區、成熟月壤區和礦產資源豐富地區，為獲得新發現，「嫦娥五號」這次選擇著陸在人類從未造訪過的月球正面風暴洋的呂姆克山脈以北地區。這裡地勢平坦，通信條件好，光照和溫度較為理想。在這裡「挖土」，將大大深化月球成因和演化歷史等科學研究。


美國總統卡特的安全事務顧問布熱津斯基曾贈送中國一公克的月球土壤。一半用於試驗，一半收藏在北京天文館。（取材自澎湃新聞／中國航天報供圖）


「嫦娥五號」探測器實施月面軟著陸，與地面測控通信正常。（新華社／北京航天飛行控制中心供圖）

兩種挖土姿態 有利採集

「嫦娥五號」是探月三期工程中最核心的任務，如何於月球採集到盡可能多的月壤樣本，並且封裝好是任務重點，經過研究，專家決定採取鑽取、表取兩種取樣方法。

「具體來講，鑽取就是通過空心鑽桿的取芯機構，鑽到月球表面兩米深以下處，得到深層樣品的層理信息。表取就是採用機械臂末端固定鏟挖型採樣器，進行表層和次表層月壤採集，實現多點、多次採樣。」「嫦娥五號」探測器系統副總設計師彭兢表示。

由於蘇聯三次無人月球採樣任務中僅使用鑽取法，在執行時實際鑽取深度有不確定性，且採樣量非常少，「嫦娥五號」結合了鑽取和表取方式，有利於採集到更多種類和數量的月球樣品。另考量月球表面高溫、散熱環境差等因素，團隊將兩種採樣裝置分別裝在陽面、陰面，同時研製出能在180攝氏度環境下持續正常工作的耐高溫電機。

因應月球表面複雜的環境，40人地面團隊在唐家嶺的五院月球樓裡，以一個1:1的「嫦娥五號」模擬器（包括著陸器和上升器）和飛往月球的「嫦娥五號」著上組合體遙相呼應，如同孿生姐妹。


研製團隊通過對比16種設計方案，最終確定雙排鑽牙階梯構型，具備對8級硬度岩石的鑽進能力。（取材自澎湃新聞／中國航天報供圖）


「嫦娥五號」帶著月球土壤出發返回地球。（取材自人民日報）

連走六步鑽土 步步驚心

「嫦娥五號」探測器採用原位鑽取，就是一直在一個地方往下鑽。為加大鑽取力道，注重輕量化設計的「嫦娥五號」總體鑽取裝置功率超過1000瓦；研製團隊對比16種設計方案，選擇了雙排鑽牙階梯構型鑽頭保證鑽進過程順暢可控，具備對8級硬度岩石的鑽進能力。目標是實現「鑽得動」、「取得著」、「封得住」、「纏得上」、「送得進」、「展得開」。

設計師並創新出一種「雙管單袋」的鑽進取芯方案。這個由凱夫拉高分子纖維做成的黃色一體化編織軟袋，被反套在取芯管外壁，鑽取到的月球樣品進了取芯管後，取芯軟袋拉繩隨之上提，樣品自動裝進軟袋。由於質地柔軟，軟袋易於纏繞封裝，再放入初級封裝裝置內。

為保證取得的樣品在提芯過程中不發生掉落，設計師們採用開放式構型的「8字型」超彈性合金絲封口。封口器採用扭轉密閉式結構，並進行大應變材料設計，具有低力載、高可靠的特點。

12月2日4時53分，經過3個多小時的持續作業，「嫦娥五號」成功克服驚心的六步，鑽取子系統順利完成鑽取採樣任務。


「嫦娥五號」機械臂結合鏟子、勺子、筷子模樣的一體機，能把月球上深約2米的土也挖出來。（取材自中國空間技術研究院微信）

「嫦娥五號」抵達月面以後，地面團隊藉著著陸器上的雙目相機，造出一個與月球表面高度相似的地形。選定目標點後，生成控制指令，機械臂就開始採樣。用於表取採樣的機械臂桿長3.7米，由數十個關節組成，採樣範圍達120度七八個平米。

採樣封裝分系統副主任設計師金晟毅說，長臂桿很在受力條件下要保持一定的剛性，還必須比較輕，這就是一個很大的矛盾，團隊研究後採用了既輕又剛的晶須型鋁基碳化矽材料，讓整個設備實現減重。

機械臂末端的採樣器直接負責對指定點的月壤進行採集，「嫦娥五號」有甲、乙兩個。採樣器甲類似挖鏟，可在適合的角度下挖到更多的土；採樣器乙近似旋挖式，操作更簡單，但挖土量相對較少。採樣封裝分系統副主任設計師鄭艷紅表示，採樣順利就都用甲，地形變化起伏大時才啟用乙。

在鏟土環節，表取的初級封裝裝置也非常關鍵。報導說，這就像一個「小罐子」，巧妙地擱在著陸器裡，盛放採集到的月球樣品。

由於著陸區域條件較好，「嫦娥五號」的採樣工作比預計順利很多。滿載而歸的「嫦娥五號」上升器在月面起飛返程，15日飛回地球。

50年前，中國還沒有太空探索計劃，如今中國的探測器已能在月球背面著陸，並探索其他國家都無法抵達的區域。而下一個登月者，中國再次展現了企圖心，希望會用中文向地球發出問候。


「嫦娥五號」探測器動力下降過程降落相機拍攝的圖像。（取材自觀察者網／國家航天局供圖）


從1969年到1972年，美國共完成6次載人登月，帶回約381公斤月球樣品。（取材自澎湃新聞／中國航天報供圖）

這也算是探勘月球史篇的新章，與一個國家太空能力的重大進展！…有趣的是我們各新聞台幾乎完全冷處理了？