“月背快遞”送達！北京時間2024年6月25日14時07分，嫦娥六號返回器攜帶約2000克月壤，著陸于內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域，工作正常，人類歷史上首次月球背面采樣返回順利完成。

中國探月的這次任務(wù)，突破了月球逆行軌道設(shè)計與控制、月背智能采樣和月背起飛上升等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了人類歷史上首次月球背面自動采樣返回。嫦娥六號為中國載人登月、月球科研站的建設(shè)打下了堅實的基礎(chǔ)。

月背為何值得去

嫦娥六號這次采樣的地點是月球背面、月球南極附近的艾特肯盆地，這個區(qū)域為什么值得我們?nèi)ヌ剿鳎?/p>

由于被地球潮汐鎖定，月球永遠只有一面朝向地球，這天然地讓人們產(chǎn)生了探索另一面的好奇心。20世紀(jì)50年代末，當(dāng)時的蘇聯(lián)就發(fā)射探測器拍攝了月球背面的照片，看到它的真實面貌后，人們心中的問號更多了：顯而易見，月球正面與背面的地形差異非常大。

月球正面的地勢總體比較平緩，環(huán)形山較少；很多區(qū)域呈現(xiàn)凹陷的狀態(tài)，從地球上看去，這些區(qū)域的反射光線亮度比其它區(qū)域要弱，表現(xiàn)出陰暗的狀態(tài)，科學(xué)家稱之為“月海”。

相比之下，月球背面的“月?！本蜕倭撕芏啵《氖敲苊苈槁榈淖矒艨?、環(huán)形山，有的環(huán)形山中還套疊著小環(huán)形山，地勢高低起伏劇烈，高山、高原和溝壑隨處可見。嫦娥六號這次降落的艾特肯盆地，最深處達13公里，比地球上的馬里亞納海溝還要深。

另一方面，對月殼的厚度分析顯示，月殼正面的平均厚度約為50公里，而背面的這個數(shù)值約為75公里，月背的月殼平均厚度要比正面足足多出一半。

月球正面與背面的上述差異是如何形成的？目前在科學(xué)界比較受認(rèn)可的假說是，這緣于月球的形成與地球同源。

該假說認(rèn)為，距今45億至46億年，地球處于形成的初期，還是一個炙熱的星體，表面巖漿密布。當(dāng)時在地球的公轉(zhuǎn)軌道之內(nèi)還有另外一顆大行星，這顆行星與地球發(fā)生了碰撞，主體部分與地球結(jié)合在一起，撞擊導(dǎo)致地球的一部分與那顆行星的一部分物質(zhì)拋灑出來，在新形成的地球的引力作用下，于繞地運行的軌道上慢慢地聚合在一起，形成了月球。

在這種假說條件下，月球剛形成時的表面基本上是處于完全熔融的高溫狀態(tài)。當(dāng)月球被地球潮汐鎖定之后，面向地球的一面會持續(xù)受到地球的高溫輻射影響，長期處于熔融狀態(tài)，直至地球冷卻；而背向地球的一面，巖漿物質(zhì)的凝結(jié)速度要比正面快得多。

在月球正面，早期未冷卻時，隕石直接砸向巖漿中；表面冷卻之后，形成的固態(tài)月殼較薄，隕石極易穿透月殼進入內(nèi)部，巖漿透過撞擊坑流出，在地勢平坦和低洼處均勻流動，逐漸形成了如今的多個月海地形。而在月球背面，由于冷卻速度較快，一方面巖漿在來不及均勻流動時就逐步凝結(jié)，形成了高山和溝壑；另一方面因為月殼較厚，隕石擊穿不了已經(jīng)固化的月殼，撞擊坑的數(shù)量就要明顯多于正面。

這樣的假說，既能解釋為何地球和月球的巖層成分有極大相似性，又能解釋月壤中鉀、磷和鎢-182等稀土元素含量遠高于地球的原因，即這部分物質(zhì)來源于那顆撞擊地球的行星。

假說需要科學(xué)研究來驗證。中國于2018年底發(fā)射的嫦娥四號探測器實現(xiàn)了人類首次在月球背面的軟著陸，隨后玉兔2號月球車在月球背面持續(xù)開展監(jiān)測研究，為人類深入了解月球背面地表形態(tài)和月球發(fā)展演化提供了豐富的第一手資料。目前，直接在月球表面的研究畢竟條件有限，要更深入地探究月背之謎，就要把那里的月壤帶回地球。這正是嫦娥六號的使命。

月背的艾特肯盆地，被認(rèn)為是月球上最古老的撞擊坑，那里的幾十億年前的月壤，將為人類驗證上述假說提供最直接的物證，深化人類對月球成因和太陽系演化歷史的認(rèn)知。

同時，選擇月球南極附近這個地點，無疑是為接下來的月球科研站的建設(shè)打前站；因為根據(jù)之前的探測，月球南極附近有含量較多的水冰，這可能成為將來人類長期駐留月球所需的生命維系和能量供給的重要來源。

嫦娥六號“月背挖土”，將為解開地月的一系列奧秘強勢助力。

月壤到底多有用

“月球土特產(chǎn)”到底能為人們帶來什么，不妨先看看“前輩”嫦娥五號帶來的成果。

2020年12月17日，嫦娥五號從月球正面帶回1731克月壤樣品，這是人類首次獲得的月表年輕火山巖區(qū)樣品，也是中國科學(xué)家第一次擁有屬于自己的地外天體返回樣品。

3年多以來，中國國家航天局向國內(nèi)131個研究團隊發(fā)放7批次共85.48克科研樣品，目前共產(chǎn)出105篇科技論文，其中有不少關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。

近10年來，諸多探測器和觀測結(jié)果都表明月表普遍存在水，兩極含量高、赤道含量低，極區(qū)有水冰且隨日照時間發(fā)生動態(tài)變化?？茖W(xué)家認(rèn)為，太陽風(fēng)、火山噴發(fā)、小行星和彗星都有可能是月表上水的重要來源。但是，由于缺乏直接的樣品分析證據(jù)，月表水的成因和分布一直存在爭議。

中國科學(xué)家對嫦娥五號月壤樣品的最新研究證明：這些月壤顆粒最表層的水都是由太陽風(fēng)高速注入月球表面的?？蒲腥藛T分析發(fā)現(xiàn)，從太陽發(fā)射出的氫離子平均速度達到每秒450公里，它們像子彈一樣打入月壤顆粒的表層。

中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所科研團隊發(fā)現(xiàn)，嫦娥五號月球礦物表層中存在大量的太陽風(fēng)成因水。根據(jù)估算，太陽風(fēng)質(zhì)子注入為嫦娥五號月壤貢獻的水含量至少為179ppm（濃度單位），相當(dāng)于每噸月壤中至少含有170克的水。

研究團隊對不同溫度下月壤顆粒中氫的保存開展了數(shù)值模擬，結(jié)果顯示太陽風(fēng)成因水可在月表中、高緯度地區(qū)得到較好保存。該研究證實了月表礦物是水的重要儲庫，為月表中緯度地區(qū)水的分布提供了關(guān)鍵參考。

中國計劃在月球南極建設(shè)科研站，而上述研究表明月球南極區(qū)域的水含量可能比人們以往認(rèn)為的還要多，而且這些月壤中的水通過粒度分選和加熱，比較容易開采利用。這無疑為探索月球的決策提供了重要依據(jù)。

潛在的“超級能源”氦-3在地球上儲量極低，而月球上儲量極為豐富。通過對嫦娥五號月壤樣品進行階段升溫提取氦-3的方式，科研人員確立了月壤氦-3的最佳萃取溫度參數(shù)。這些關(guān)鍵科學(xué)數(shù)據(jù)為中國今后對月球氦-3資源的總量估算以及氦-3資源的勘探開發(fā)提供了基礎(chǔ)支撐。

從嫦娥五號月壤中，中核集團核工業(yè)北京地質(zhì)研究院科研人員還發(fā)現(xiàn)了新礦物“嫦娥石”。它是一種磷酸鹽礦物，呈柱狀晶體，存在于月球玄武巖顆粒中。

研究團隊通過X射線衍射等一系列技術(shù)手段，在14萬個月球樣品顆粒中，分離出一顆粒徑約10微米大小的單晶顆粒，并成功解譯其晶體結(jié)構(gòu)。經(jīng)國際礦物學(xué)會（IMA）新礦物命名及分類委員會投票通過，確證為一種新礦物，并命名為“嫦娥石”。這是人類在月球上發(fā)現(xiàn)的第六種新礦物，中國也成為世界上第三個在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國家。

除此之外，中國科研人員通過月壤樣品的地質(zhì)定年將月球火山活動結(jié)束時間推遲了約8億年；在國家元首會見時，中國向俄羅斯、法國各贈送1.5克月壤科研樣品；嫦娥五號月壤在國家博物館、黨史展覽館等場館長期展出，赴港澳等地公開巡展，充分發(fā)揮了科普價值。

重量大概僅占采回樣品5%左右的月壤，就在科研科普等領(lǐng)域產(chǎn)生了如此之多的價值。那么，采樣量更多、歷史更為古老的嫦娥六號月壤，就更加令人期待。

眾所周知，這次嫦娥六號的月背之旅，也是中國航天的又一次國際合作之旅。嫦娥六號上搭載了來自歐洲空間局、法國、意大利、巴基斯坦的國際載荷，各方一同參與中方的月球科研。目前，嫦娥五號月壤研究的第一批國際申請已完成專家評審；嫦娥六號帶回的月背月壤，也將成為全人類探月的共同財富。

私人登月還遠嗎

人類歷史上探月的第一個熱潮出現(xiàn)在上世紀(jì)六七十年代，美蘇兩國在太空競賽中完成了數(shù)十次月球軟著陸探測。2014年初，中國的嫦娥三號探測器成功著陸月球雨海北部，月球軟著陸探測的第二輪熱潮拉開序幕。

尤其是2023年下半年以來，印度、俄羅斯、日本、美國的多個探測器紛紛嘗試著陸月球，引人關(guān)注。但是，在嫦娥六號之前，人類第二輪月球軟著陸的成功率僅僅略超50%，只有中國的嫦娥三號、四號、五號和印度的月船三號任務(wù)取得了完全意義上的成功。

2023年7月14日，經(jīng)歷兩次推遲后，印度月船三號探測器（Chandrayaan-3）發(fā)射，于8月23日成功著陸在月球表面。這標(biāo)志著印度成為世界上第四個成功著陸月球的國家。

2023年8月11日，俄羅斯的月球-25號（Luna 25）探測器發(fā)射升空，計劃在月球南極著陸，后墜毀于月面。調(diào)查顯示，近月制動時的發(fā)動機點火應(yīng)運行84秒，實際卻運行了127秒，加速度計未能在探測器達到預(yù)定速度時發(fā)出信號及時關(guān)閉推進系統(tǒng)，導(dǎo)致失敗。

2023年9月7日，日本的月球探測器SLIM發(fā)射升空。在月面降落過程中，探測器的一臺發(fā)動機失去推力，導(dǎo)致它以發(fā)動機朝上的“倒栽蔥”姿態(tài)著陸，任務(wù)失敗。

2024年1月8日，美國“航天機器人技術(shù)公司”開發(fā)的“游隼”月球著陸器發(fā)射升空后，因推進系統(tǒng)故障、推進劑泄漏，最終重返地球大氣層燒毀。

2024年2月15日，美國“直覺機器公司”的奧德修斯號月球著陸器發(fā)射，進入環(huán)月軌道后發(fā)現(xiàn)激光測距系統(tǒng)無法正常工作，于是調(diào)用激光測距實驗載荷用于著陸數(shù)據(jù)支持，2月22日著陸月球表面時發(fā)生了側(cè)翻。

以上事實證明，盡管載人登月已實現(xiàn)了半個多世紀(jì)，但時至今日，月球軟著陸仍然是高風(fēng)險環(huán)節(jié)。“月面軟著陸面臨兩個最大技術(shù)挑戰(zhàn)，分別是反推發(fā)動機技術(shù)和著陸導(dǎo)航技術(shù)。”資深航天專家、上海航天技術(shù)研究院研究員陶建中告訴《新民周刊》記者。

目前，只有中國和美國商業(yè)航天企業(yè)“直覺機器公司”研制出了推力可大范圍調(diào)節(jié)的變推力發(fā)動機，依靠發(fā)動機推力的受控變化來平衡不斷變動的探測器重力。而其他探測器大多采用多臺固定推力或可小范圍調(diào)節(jié)推力的發(fā)動機組合，這種反推力的突變?nèi)菀讓μ綔y器姿態(tài)造成干擾。

從著陸導(dǎo)航技術(shù)來看，印度月船三號與日本SLIM著陸器都應(yīng)用了基于圖像匹配技術(shù)的地形相對導(dǎo)航技術(shù)，實現(xiàn)了較高精度著陸。中國的嫦娥系列探測器采用微波/激光測距測速和機器視覺避障技術(shù)，具有很高的可靠性，后續(xù)嫦娥七號和八號探測器根據(jù)任務(wù)需求將實現(xiàn)更高精度的著陸。

以上的探月嘗試中，特別值得一提的是美國“直覺機器公司”的奧德修斯號，它是首個登陸月球的私人探測器。盡管這次登月任務(wù)背后也有NASA的部分資金支持，但這仍是民營企業(yè)乃至個人參與探月的重要標(biāo)桿。

奧德修斯號與之前的另一家美國商業(yè)航天公司“航天機器人技術(shù)公司”的游隼號，都是NASA“商業(yè)月球有效載荷服務(wù)”（CLPS）計劃的嘗試。后者當(dāng)初計劃的有效載荷高達265千克，而奧德修斯號的有效載荷為100千克，裝載了6個NASA最新的探測儀器。

中國的商業(yè)航天也在快速發(fā)展。2015年，中國政府明確鼓勵民營企業(yè)發(fā)展商業(yè)航天，開啟了中國航天向“政府主導(dǎo)與市場推動相結(jié)合”的轉(zhuǎn)變進程。2023年12月，國家發(fā)改委發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2024年本）》，將“航天強國”列入“推進新型工業(yè)化，加快建設(shè)”的產(chǎn)業(yè)名單。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2023年，中國商業(yè)航天領(lǐng)域新增企業(yè)數(shù)量為113272家，同比2022年的87844家，增長28.95%；其中，43%為火箭制造企業(yè)，35%為衛(wèi)星制造企業(yè)。2024年中國的航天發(fā)射次數(shù)可能超過100次，民營火箭發(fā)射將占25%至30%。在一系列政策支持下，預(yù)計中國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)規(guī)模，將在2024年突破2.3萬億元。

在這樣的形勢下，中國自主的商業(yè)登月、私人月球之旅，已經(jīng)離我們越來越近。