广寒宫内尽高朋,月球是如何一步步成为热门打卡点的?
来源:科普中国
发布时间:2024-01-24
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时光荏苒,转瞬间,距离2004年1月23号,国务院批准绕月探测工程即“嫦娥工程”立项的日子,已经过去了整整20年。我们欣喜地看到,月球探测越来越成为人类航天活动的一大热点。尤其是今年,广寒宫内更是将迎来多方宾客。

探月:人类跨出地球摇篮的第一步

探索未知世界是人类的天性,月球这一从地面望去最大的天体,自古以来就承载了人类对于浩瀚宇宙的无限向往,产生了无数关于月球的传说、故事。

随着科学技术的进步,人类对于月亮认识越来越多。月球是地球唯一的天然卫星,地月相距平均约38万千米,月球直径大约是地球的四分之一,月球表面重力是地球的六分之一,月球一昼夜相当于27.3个地球日,月球表面温度约为130~-180℃等等,这些逐渐为我们所熟知的常识,使人类认识到月球并非是想象中的那个天国,而是一个并不适于人类生存的不毛之地。


地球是人类的摇篮,但人类不可能永远被束缚在摇篮里。”齐奥尔科夫斯基这一名言,道出了不断繁衍和扩展这一存在于生命底层的密码。相比于广阔的宇宙空间,有形有质的星球简直如同晴空中的灰尘一般难觅,而可供人类驻足的星球更是少之又少。横亘在星球之间的遥远距离已经成为人类走出地球摇篮最难穿越的结界。

距离地球最近的月球,就这样成为人类踏足外太空施展拳脚的第一个试练场。因为距离近就意味着技术难度、风险和成本都低,人类就能够相对容易地去实践、去探索。人类航天时代的大幕甫一开启,对月球的探索就迎来了第一波的热潮。

第一轮探月高潮主要围绕美苏两个航天大国之间的航天竞赛展开。

1959年1月3日,苏联成功发射月球1号探测器。月球1号原计划撞击月球,但因地面控制系统故障,未能完成预定计划,而是在1月4日从距离月球6000千米处飞掠,成为首个飞掠月球的探测器。随后的1959年9月12日,苏联成功发射月球2号探测器,并按计划于1959年9月14日成功撞向月球正面,使其成为第一个到达月球表面的人造物体。紧接着在1959年10月7日,月球3号成功获得了月球背面的图像,这是人类第一次目睹月球背面的照片。

月球3号探测器发回了第一张月球背面的照片,人类首次远远一窥月球背面的模样。

图片来源:俄罗斯国家科技文献档案馆

尽管在初期落于下风,但美国也急起直追,构思了宏大的载人登月计划,力图依靠自身强横的科技实力,一举夺取这场航天竞赛的胜利。美国先后发射了“先驱者”、“徘徊者”、“勘测者”等月球探测器,实现了月球表面硬着陆,开展了地月空间的环境探测,获得了更为精确的月球天文参数,为后续的载人登月任务打下了基础。1969年7月20日,阿波罗11号最终将阿姆斯特朗和奥尔德林送上月球,实现了载人登月的伟大壮举。阿姆斯特朗在登上月球后留下一句至今仍被世人铭记的话:“这是个人迈出的一小步,但却是人类迈出的一大步。”

Magnificent Desolation: The Apollo 11 Moonwalk Pictures(NASA)

从1969年7月至1972年12月,美国宇航员先后成功完成了6次载人登月,把总计12人送上月球,总共带回381.7千克月球样品。与此同时,苏联成功实施了月球车和无人采样返回任务,从1970年9月到1976年8月,苏联的月球16号、20号和24号先后3次成功在月面软着陆,并将成功采集到的几百克月壤送回地球。

当月亮向普通人逐渐敞开怀抱

在1976年苏联“月球24号”任务结束之后,全球探月活动进入了冷静思考阶段。1976~1994年,全球只进行过1次成功的月球探测活动,即日本在1990年1月发射了“飞天号”月球探测器,成为第3个探测月球的国家。其原因是:随着冷战形势的缓和,对空间霸权的争夺有所缓解;需要总结探测活动耗资大、效率低、探测水平不高的经验与教训,提出新的探测思路和战略;需要将月球探测技术向各领域转化、推广和应用;需要加速研制新的空间往返运输系统和高效探测的装备;需要较长时间进行探测资料的消化、分析与综合,将月球科学研究提高到更高理性认识的阶段。

而美国在1994年1月25日发射的“克莱门汀号”环月探测器则真正掀起了世界第二轮探月高潮。克莱门汀号于当年2月6日进入环月轨道,最终运行于月球极轨道,对月球全球进行了测绘。探测器共发回了180万(也有报道是160万)幅图片,探测数据表明,月球上存在着水冰。这一发现使得月球的价值陡然上升。

在其后的逐月之路上,除了传统的美国、俄罗斯,中国,印度,日本,欧空局,韩国等国家都取得了不俗的成绩,还有以色列,阿联酋等国家也在不断尝试,加入赛场。月球成为各国争先探测的热点。

其中我国的“绕”、“落”、“回”三步走探月工程无疑取得了最为卓著的成绩。2013年12月,随着“嫦娥三号”在月面成功实施软着陆。中国成为继美苏之后,全球第三个实现月球软着陆的国家。而嫦娥四号探测器自主着陆在月球背面预定区域内,实现人类探测器首次在月球背面软着陆,做到了国外没有做过的事。2020年12月17日,嫦娥五号携带月壤安全返回地球着陆场,标志着三步走战略获得圆满成功。

嫦娥五号月球车在月球表面登陆。

图片来源:中国探月

月球上水冰的发现,激发了美国重返月球的热情。美国先后又发射了“月球勘探者”、“月球勘测轨道器”和“月球坑观测与感知卫星”、“月球重力恢复和内部实验室”、“月球大气和尘埃环境探测器”等月球轨道器,通过遥感的方式进一步证实月球上大量水冰的存在,同时精确测量月球重力场,分析月球稀薄的大气组成,研究月面尘埃作用,研究了未来探测活动可能对月球环境造成的影响。

月球探测的光明前景不仅激发了各国政府的热情,许多商业航天公司业投身于此,使得月球逐渐向普通人张开怀抱,月面着陆探测器也逐渐大行其道。以色列的“创世纪”、日本的“白兔-R” 和“月球探测智能着陆器”、印度的月船二号、月船三号、俄罗斯的月球25号、美国的“游隼”等月球着陆器先后奔赴月球,尝试着陆月面。

作为美国“商业月球载荷服务(CLPS)”计划的成果,2024年还有私营公司计划开展5次发射及月面着陆任务,包括准备着陆于月球南极的直观机器1号和2号,着陆于月球风暴洋莱纳伽环形山的直观机器3号,着陆于月球危海的蓝色幽灵登月器,着陆于月球南极诺毕尔环形山的狮鹫1号登月器。

远征深空的前进基地

月球有着丰富的资源,如稀土、铁、钛等,但由于开矿成本太高,所以人们目前主要关注月球的太阳能和氦-3资源。月球没有大气包裹,每年到达月球的太阳光辐射能量相当于地球每年消耗能源的25000倍。除了太阳能,月球的土壤里还有103万-129万吨的氦-3资源,这些氦-3如果作为核聚变原料进行核聚变发电,可以解决人类社会未来一万年的能源需求。

同时,月球作为距离地球最近的唯一天然平台,其高远的空间位置、特殊的空间环境、特有的自然资源对地球和人类社会的发展具有不可替代的价值,并可能将成为去火星或深空探测的中转站。由于月球的引力只有地球的六分之一,因此在月球上发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、补充火箭推进剂成为可能,月球中转站的前景更加可期。

月球探测工程技术的优化、二次开发能带动和促进基础科学和高科技的发展,如空间天文学、空间物理学;新能源技术、新材料技术、机器人技术、遥测技术等,带动多学科交叉、渗透,并促进国家经济可持续发展。

月球探测是一项复杂的科技大工程,是一个国家的国家意志、科学技术发展水平和现代文明的重要标志。通过月球探测工程不但能够提高人类对于宇宙及自身生存环境的认知,而且还能够极大地激发科技创新,带动大批高新技术的跨越发展。放眼国际,新一轮载人登月任务正在拉开大幕。美国已经开启了阿尔忒弥斯计划,准备建立月球空间站重返月球。我国的载人月球探测工程登月阶段任务也已启动实施,计划在2030年前实现中国人首次登陆月球


为了实现人类长期的月球驻留,我国还计划建立月球科研站,进行较为全面的大规模的科学探测、技术实验、月球资源开发和月球环境利用。其中,嫦娥六号任务计划于2024年实施,主要任务是到月球背面采样,并携带月球样品返回地球。嫦娥七号计划于2026年将去月球南极寻找月球存在水的证据,嫦娥八号计划于2028年配合嫦娥七号在月球南极建立国际月球科研站的基本型,对月球资源勘探和利用等进行一系列试验。

未来,月球南极将出现多国参与的国际月球科研站,人类的足迹将再次踏上月球。拥有丰富资源的月球将成为人类开拓太空的新领域、走向深空的前哨站。

作者:于远航 北京宇航系统工程研究所高级工程师

审核:庞之浩 全国空间探测技术首席科学传播专家,中国空间科学传播专家工作室首席科学传播专家

出品:科普中国

监制:中国科学技术出版社有限公司、中科数创(北京)数字传媒有限公司


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