传播者说 | 中国探月背后，还有这么多你不知道的事儿
原创 依米
从1970年中国发射第一颗人造地球卫星，到嫦娥一号绕月，直至去年12月嫦娥五号带着月球样品重返地球，中国的太空探索之旅似乎装上了“马达”，屡屡给世界带来惊喜。
直播截图
近日，中国月球探测工程首席科学家、中国科学院院士欧阳自远将视野拉向遥远的宇宙深处，讲述波澜壮阔的中国探月进程中那些不为人知的故事。
01
“阿波罗”计划带来超预期收益
实际上，中国的探月第一步要比世界的脚步慢很多。早在1957年，苏联发射了第一个人造地球卫星，拉开了人类空间时代到来的帷幕；紧接着在次年，苏联和美国两个超级大国开始探测月球，苏联发射“月球一号”，实现了人类飞出地球开展深空探测的梦想；1960年10月10日，苏联发射“火星一号”探测器，苏联和美国又开启了探测火星的征程。
人类对于太空的探索欲不断增长，但探月之旅却并非一帆风顺。据欧阳自远介绍，从1958年到1976年，苏联和美国共发射108枚探测器，成功或部分成功的仅有52枚；在这108次探测中，美国实现了6次载人登月，共12名宇航员登上月球，而苏联实现了3次不载人登月，一共取回382千克月球样品。“直至今天，全世界也有这12名美国宇航员成功登月。”在他看来，空间霸权已被美国独揽。
1969年，宇航员巴兹奥尔德林在执行阿波罗11号登月任务时拍下的自己的足迹。《阿波罗11号》2019年纪录片截图。
说到这里，不得不提著名的“阿波罗”计划，它是美国从1961年到1972年组织实施的一系列载人登月飞行任务。目的是实现载人登月飞行和人对月球的实地考察，为载人行星飞行和探测进行技术准备。
而这样一个航天计划所带来的效益是让人意想不到的。“‘阿波罗’工程投资254亿美元，是当时规模最大、耗资最多的科技项目之一，参加‘阿波罗’计划的有2万家企业、200多所大学、80多个科研机构、总人数超过40万人。”欧阳自远说，它的出现导致上世纪60至70年代产生了液体燃料火箭、微波雷达、无线电制导、合成材料、计算机等一大批高科技工业群体。后来又将该设计中取得的技术进步成果向民用转移，带动了整个科技的发展与工业繁荣，其二次开发应用的效益，远远超过“阿波罗”计划本身所带来的直接经济与社会效益。据美国Chase研究会测算，该计划的投入产出比达到了1:14。
阿波罗16号拍摄的月球背面（图片来源：维基）
此外，“阿波罗”计划还推动了月球科学、比较行星学、太阳系起源与演化学、空间科学等多门学科的快速发展和深化完善。
02
新一轮探月热潮掀起
经过了将近20年的沉寂后，科学家们研究发现，月球具有极高的研究价值和探测意义，一些重大问题仍需要奔赴月球寻找答案。也正因此，包括中国、美国、欧空局、俄罗斯、日本、德国、法国、印度等多国纷纷表示要征服月球。于是，探月高潮再次掀起。
为什么这么多国家都摩拳擦掌，跃跃欲试？
据欧阳自远介绍，第一，月球具有重大的军事战略地位，是当代太空站的新制高点。上世纪60年代，时任美国总统肯尼迪曾说：“谁控制了太空，谁就控制了地球。”对此，欧阳自远非常认同：“假如在月球上建立月球军事基地，1.3秒就可以摧毁地球表面各种军事设施。而你却永远打不到它，因为它在月球上。”
第二，月球有丰富的能源。月球没有大气，没有天气变化，没有云雨，太阳光直照，对于高效利用太阳能，科学家们诞生了很多奇思妙想。
直播截图
欧阳自远举了个例子。日本科学家做了这样一个设想：围绕月球1.1万公里长的赤道建一条400公里宽的太阳能发电带，由机器人进行管理运作。它将能产生13万亿千瓦太阳能，并且连续不断。然后将电能转化为微波束和激光束，数条直径达20公里的天线将它们传回地球的接收站，再由地面发电站将微波束和激光束重新转换为电能。通过这种方式发的电可以满足全世界的用电需要。这一系统最早可以在2035年左右开始建设。
另外，月球上蕴藏丰富的核聚变燃料氦-3。初步估算，月壤中氦-3的资源总量可达110万吨，将是人类社会长期、安全、稳定、清洁的可控核聚变能源原料，可满足人类万年以上的能源需求。“距离核聚变发电真正实现，科学家估计还要十来年，但地球上没有足量氦-3且很昂贵，一吨氦-3价格为40亿美元，当代核聚变燃料主要是D-T或D-D，所以氦-3是一种重要的储备能源。”欧阳自远说。
此外，由于超高真空、无磁场、地质构造稳定、弱重力、高洁净环境等特点，在月球上进行天文观测比地球上条件更佳；对地观测站也可以设在月球；一些特殊的产品、材料、新药研制等都可以放在月球上生产……欧阳自远说，月球资源、能源和环境的开发利用，将支撑人类社会永续、健康、幸福发展的需要。
03
中国探月大幕悄然拉开
“当时中国的经济实力、技术能力、科技水平和科研队伍，与美苏相比，一穷二白、望尘莫及！”欧阳自远说，为了改变这一现状，我国组建了大量的国营企业开展相关研究和人才培养，以便能生产制造出火箭、导弹，卫星，飞船等等。
彼时，科学家不负众望。1970年，我国发射了第一颗人造地球卫星“东方红一号”。欣喜的同时，问题也随之而来。
1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星"东方红一号"发射成功。图片来自新华社。
“虽然我们有能力小心翼翼地进入大气层，但是我们还没有能力去征服太阳系，我们要研究哪些科学问题？”伴随着这样的科学思考，欧阳自远先后进行了陨石研究、行星际尘埃收集与研究、小行星撞击地球与生物灭绝事件等科学研究，我国逐步建立起陨石学与天体化学学科，发展出先进的探测与分析测试技术，培养与成长了一支研究队伍。
综合当时的国情，欧阳自远提出了中国进行月球探测的设想，随后研究团队开展了一系列论证：1995年，完成了第一个较完整的《中国开展月球探测的必要性与可行性研究报告》；1999年，完成了《中国开展月球探测的发展战略与长远规划》，提出了现今被广泛接受并作为立项目标的“绕落回”三步走的设计思想；而后，关于中国首次探测月球的具体计划和目标又进行了10年的论证；2003年9月27日，绕月探测工程立项，并将二、三期工程纳入国家中长期科技发展规划；2004年1月23日，我国月球探测工程正式立项批准实施。
“总经费14亿人民币。这是什么概念呢？北京市新修地铁线路每一公里的地铁造价约7个亿，这只相当于北京市修2公里地铁线路的钱。最后我们没有多花一分钱。”谈到月球探测工程的经费使用情况，欧阳自远很是骄傲。
04
嫦娥五姐妹的不同使命
2007年，嫦娥一号成功实施环月探测，成功实现了我国探月工程一期绕月的目标。2010年，嫦娥二号不负众望，在完成环月先导探测之后，又进一步扩展了对L2点、小行星等多目标探测，圆满完成了其作为探月二期工程先导星的任务。2013年，嫦娥三号成功在月球虹湾软着陆，释放玉兔号月球车。
嫦娥三号探测器（图片来源：中国空间技术研究院）
“2007年发射嫦娥一号，我们当时没有经验，不知道直飞过去也可以，学的是奥运会的链球运动，我们让卫星绕地球转3圈，速度越来越快一下冲出地球。”嫦娥一号的发射历程对欧阳自远来说，似乎并不遥远，“我们花了13天14个小时19分到达月球。”
在借鉴了嫦娥一号的经验基础上，嫦娥二号直奔月球，仅用5天到达。而且它取得了比嫦娥一号更多的研究成果。其中，嫦娥二号全月球数字影像图在空间分辨率、影像质量、数据一致性和完整性、镶嵌精度等方面优于国际同类全月球数字产品，是目前最高水平的全月球数字影像图。
众所周知，嫦娥三号着陆的地方被命名为“广寒宫”。“降落地区，我们后来做了一个精细的表面撞击坑的图，刚好四条腿落在一个平面上，没有倒、很稳，旁边就是一个大撞击坑。而且在16平方公里范围内，竟然一共有一万多个撞击坑，说明探测器的智能水平非常高。”欧阳自远回忆道。
嫦娥四号作为嫦娥三号的备份星，其在设计、结构等方面基本是相同的。鉴于嫦娥三号任务圆满完成，那么嫦娥四号自然就被赋予了一些新的探索方向，登陆月球背面的任务由此诞生。2018年，嫦娥四号实施人类首次月球背面着陆探测，根据科学研究需要，成功着陆在冯-卡门撞击坑里。
冯-卡门撞击坑在月球上的位置（图片来源：NASA）
为什么要到月球背面去？欧阳自远说：“我们现在研究月球的演化历史，最大的困难有两个：一个是现在关于月球的全部记录，所有的记录都是40亿年以后的，但月球是45亿年形成的，也就是说从40亿年到45亿年，缺乏这5亿年的记载。”
如何解决这一科学难题？欧阳自远介绍，科学家们在研究中发现，在40亿年前，一个巨大的小行星撞击到了月球背面，砸出一个直径2480公里，深度12.8公里的大坑（冯-卡门撞击坑）。坑裸露出来，这意味着坑里的年纪要大于40亿年。
2019年1月3 日10时26分, 嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面东经177.6度、南纬45.5 度附近的预选着陆区，并通过“鹊桥”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图，揭开了古老月背的神秘面纱。（国家航天局供图）
“月球演化史最困难的是什么？一老，嫦娥四号去做；一新，嫦娥五号去做。这是月球演化过程中两个最大的科学问题。嫦娥五号真正意图是要解决这个问题。”欧阳自远说。
嫦娥五号，孕育月球科学的新突破和开发利用月球的新前景——月球取样返回。这一次，嫦娥五号选择的着陆区是风暴洋。“月球演化事件年代分布图显示，关于月球的记录只有40亿年到30亿年，30亿年来月球难道就没有动静？月球真的死了吗？里面没有能量了吗？有没有新的火山爆发？”一系列问题萦绕在欧阳自远等科学家们的头脑中。
有意思的是，还真找到了一个简单的判别办法。欧阳自远说：“看这个地方砸了多少洞，假设越老砸的洞越多，越年轻砸的洞越少。那个地方（风暴洋）的岩石可能有年轻的，可能有20亿年、10亿年甚至6亿年的。”
2020年12月4日，国家航天局公布了探月工程嫦娥五号探测器在月球表面国旗展示的照片。嫦娥五号着陆器和上升器组合体全景相机环拍成像，五星红旗在月面成功展开，此外图像上方可见已完成表取采样的机械臂及采样器。新华社发（国家航天局供图）
可以说，嫦娥五号是中国无人月球探测收官之作，是中国月球探测最复杂、最艰巨的任务。欧阳自远表示，这是因为实现了以下几个方面：两次发射起飞，两次着陆，分别是地球发射着陆月球，以及月球发射着陆地球；近月空间无人自动交会对接；在月面铲取和钻孔取样品；首次将月壤和月岩碎块（2千克）带回地球。
据欧阳自远透露，通过环月卫星探测，月面软着陆探测与月球车勘察，月面软着陆探测与采样返回的实施等，为载人登月和月球基地建设积累经验和技术。“中国探月下一步要做的就是‘勘、研、建’，建立一个月球科研站，再实现载人登月，使人类能够长期驻守月球。”
参考来源：
http://live.3style.org.cn//mlive?id=525&utm_campaign=open&utm_source=wxshare&utm_medium=message
https://www.163.com/dy/article/E4JM3LF70512S7L4.html
- 作者信息 -
依米 资深科技媒体人，中国科普作家协会会员，关注科技民生大事小情。
文章未经授权，请勿转载。
免责声明：本文内容仅代表作者个人观点，不代表平台立场，欢迎大家在评论区讨论。
北京老科学技术工作者总会成立于1981年，是北京地区老科技工作者的群众组织，下属60多家分支机构，会员涉及中国科学院老科协、清华大学老科协、中国国际工程咨询有限公司老科协等北京地区多家中央在京高校、科研院所及国企单位的离退休科技工作者，并在北京多个地区建有老科协团体会员，现有会员1.5万人，均为具有中、高级职称的老科技工作者，学科覆盖领域广泛。
