“挖土”本身就是一件突破，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)首次。
圖 1 嫦娥五號(hào)
1）實(shí)現(xiàn)中國(guó)首次月球無(wú)人采樣返回，嫦娥五號(hào)提取樣品是1976年蘇聯(lián)成功完成“月球24號(hào)”無(wú)人探測(cè)任務(wù)以來(lái)的首次采集月球樣品嘗試。
2）首次設(shè)備自動(dòng)采集月壤超過(guò)2kg，超過(guò)前蘇聯(lián)設(shè)備自動(dòng)采樣170g，10倍有余，成功帶回后，我國(guó)月壤存儲(chǔ)量也躍居世界第二位，具體數(shù)據(jù)如表1所示。
表 1中美蘇月壤采集統(tǒng)計(jì)
3）首次在月球正面風(fēng)暴洋北部的呂姆克山（Mons Rümker）一帶采集樣品，如圖2所示。此處是月球最大的月海“風(fēng)暴洋”，也是人類從未探索過(guò)的區(qū)域。
4）首次突破對(duì)月球采樣的相關(guān)性技術(shù)，完成第一次進(jìn)行實(shí)施，為我國(guó)探月工程又一里程碑。
……
多個(gè)首次，讓中國(guó)探月工程攀上了一個(gè)新的高峰。如果非要言明這兩公斤“月壤”的價(jià)值—無(wú)價(jià)之寶。
圖 2 嫦娥五號(hào)、阿波羅和luna采樣分布點(diǎn)
另外，不要以為采集“月壤”，就是拿著小鏟子鏟到容器里面，就結(jié)束了，沒(méi)那么簡(jiǎn)單。有一組數(shù)據(jù)，來(lái)看看“月壤”采集，如何實(shí)現(xiàn)的？
19個(gè)小時(shí)提前完成月球表面樣本采集，并封存在儲(chǔ)存裝置中，火神山醫(yī)院第一棟樓完成，中國(guó)速度僅用16小時(shí)，可想而知“月壤”采集工程何等難度。
兩種采樣方式，表取采樣的機(jī)械臂非常搶眼，臂桿長(zhǎng)3.7米，由數(shù)十個(gè)關(guān)節(jié)組成，采樣范圍在120度七八個(gè)平米，表取重量約為1.5公斤。淺表鉆取，可以360 度無(wú)死角可視化操作，鉆取樣本約為0.5公斤。
超過(guò)100℃高溫，嫦娥五號(hào)耐受太陽(yáng)直射下超過(guò)130℃的高溫，以及比地球上大得多的輻射，還要承擔(dān)真空環(huán)境下難以散熱而帶來(lái)的性能衰減，克服測(cè)控、光照、電源等方面的條件約束，在極端條件下完成采樣工作。
嫦娥五號(hào)“金鋼鉆”，嫦娥五號(hào)不能移動(dòng)，落到哪就得在哪鉆，針對(duì)鉆取任務(wù)，航天科技集團(tuán)五院529廠研制團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了上千次地面鉆取試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了鉆取子系統(tǒng)“回轉(zhuǎn)”“沖擊”和“回轉(zhuǎn)+沖擊”三種模式，以及不同參數(shù)的自由切換，以適應(yīng)多種月壤工況。
表取的初級(jí)封裝裝置并非僅僅是一個(gè)容器，里面還有很復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。該裝置雖然只有2個(gè)電機(jī)，但可以完成22個(gè)復(fù)雜動(dòng)作。
因此嫦娥五號(hào)的“挖土”工作，可以稱之為“驚險(xiǎn)19小時(shí)”，但科研人員的努力得到了回報(bào)，嫦娥五號(hào)在完成采樣工作后，按時(shí)起飛。 月壤有何不同之處，引天下英雄聚焦于此1）歷史“最年輕”月壤
本次月壤不同于美蘇兩國(guó)的，美國(guó)《國(guó)家地理》雜志文章寫(xiě)道，嫦娥五號(hào)收集最“年輕”的月壤，將幫助科學(xué)家探索月球歷史的奧秘。呂姆克山周圍有著非常年輕的月海玄武巖覆蓋區(qū)域，因此嫦娥五號(hào)可能采集到形成于10-20億年前的年輕樣品——這將填補(bǔ)月球地質(zhì)定年和年代劃分上最大的一塊空白。
2）純凈的“月壤”與被污染的“月球隕石”
在人類無(wú)法踏上月球時(shí)，人類對(duì)于“月壤”的研究多來(lái)源于“月球隕石”，月球隕石是遭受小行星撞擊從月球飛濺出來(lái)并隕落到地球上的巖石，月球隕石雖然是月球的巖石，但是經(jīng)過(guò)空間運(yùn)動(dòng)，已經(jīng)被污染，很多信息無(wú)法準(zhǔn)確探究，因此純凈的“月壤”能夠?yàn)榭蒲蟹治鎏峁└訙?zhǔn)確的信息，在嫦娥五號(hào)采返回來(lái)之前，我國(guó)純凈“月壤”含量?jī)H為1g，這一克月壤是由美國(guó)在1978年中美建交送給我國(guó)的，其中0.5克放在了北京，另外的0.5克被用來(lái)研究，可想而知純凈“月壤”科研價(jià)值多么重要。
3）“月壤”是化石記錄
就如圖地球的巖石一樣，通過(guò)分析”月壤”我們能夠了解巖石的形成原因，分析“月壤”的化學(xué)物質(zhì)，找尋生物存在的痕跡，以及對(duì)這些月球樣品的放射性定年，也讓我們真正確定了月球上一部分區(qū)域的絕對(duì)年齡。
4）“月壤”的利用
月壤中富含稀有氣體，特別是氦-3（3He）是月球重要的核燃料資源。根據(jù)專家保守地估算，月壤中3He的資源總量為約100萬(wàn)～500萬(wàn)噸。3He是一種可長(zhǎng)期使用的、清潔、安全和高效的核聚變發(fā)電的的燃料。與氘-氚（D-T）聚變反應(yīng)釋放中子相比較，由于氘-氚（D-3He）聚變反應(yīng)釋放出質(zhì)子，其反應(yīng)所需防護(hù)的設(shè)施、材料和環(huán)保條件較D-T反應(yīng)簡(jiǎn)便、廉價(jià)。我們只需簡(jiǎn)單地計(jì)算一下，就可知道這500萬(wàn)噸3He的真正價(jià)值。例如，建設(shè)一個(gè)500mw的D-sup>3He核聚變發(fā)電站，每年消耗3He僅50kg；1987年美國(guó)的發(fā)電總量若用D-3He核聚變反應(yīng)發(fā)電，每年只需消耗25噸的3He，1992年中國(guó)若用D-3He核聚變反應(yīng)發(fā)電，每年只需3He消耗約8噸。從這些簡(jiǎn)單的例子中可以看出，開(kāi)發(fā)利用月壤中的3He，將為人類提供一種可長(zhǎng)期使用的、清潔、安全和高效的核聚變發(fā)電的燃料。
千里之行始于足下，九層之臺(tái)起于壘土，中國(guó)對(duì)于“月壤”研究的新開(kāi)端就是從嫦娥五號(hào)“挖土”開(kāi)始的，因此我國(guó)數(shù)十年心血，不遠(yuǎn)萬(wàn)里之遙，去月球挖土意義非凡。
（作者單位：廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）
責(zé)編：微科普