“嫦娥五号”—月球采样返回倒计时

2020年11月17日 16:39 次阅读 稿源:空间科学研究院 条评论

中国探月工程(China’s Lunar Exploration Program)亦称嫦娥工程,是中国国家航天局启动的第一个探月工程,于2004年1月23日正式启动。嫦娥工程整体可分为“探”、“登”、“驻”三大步骤,分别指无人探月、载人登月、长久驻月。其中探月部分便是目前实施的“绕”、“落”、“回”三步走:

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第一步——“绕”,发射了绕月探测飞船,在距月面 100-200 千米的圆轨道上绕月球两极飞行(嫦娥一号、二号);第二步——“落”,实现在月球上软着陆及月球车探测月球(嫦娥三号/玉兔号、四号/玉兔二号);第三步——“回”,发射能返回地球的落月探测器,将月球样品带回地球。我国计划于今年择机发射嫦娥工程第三阶段——“采样返回”的首颗探测器“嫦娥五号”。

月面探测器分布图 图源:Arctic Planetary Science Institute (APSI)

月面探测器分布图 图源:Arctic Planetary Science Institute (APSI)

“绕”的美丽:嫦娥一号、嫦娥二号

嫦娥一号于2007年10月24日在西昌发射升空,11月7日正式进入距月200千米的工作轨道,26日公布了第一幅月面图像,同时完成了三维影像的制作。嫦娥一号重 2350 千克,体积 200×172×220 厘米,总投资 14亿人民币。嫦娥一号的主要任务是获得全月面的三维影像图,分析铀、钍、钾、钛、铬、铁、铝、镁等14种矿产资源的分布和含量,测量月壤厚度,估算氦3资源的储量,考察距地面4万~40万千米的地月空间环境。嫦娥一号共传回1.37TB的有效科学探测数据,获取了全月球影像图、月表部分化学元素分布等科学研究成果,圆满实现工程目标和科学目标,为我国月球探测后续工程和深空探 测奠定了坚实的基础。2009年3月1日,嫦娥一号卫星成功撞击在月球的丰富海区域,圆满结束了探测使命。

嫦娥一号

嫦娥一号

中国首次月球探测工程全月球影像图

中国首次月球探测工程全月球影像图

嫦娥二号(由嫦娥一号备份星进行技术改进)于2010年10月1日成功发射,运载火箭直接将卫星发射至地月转移轨道,6日正式进入月面上空100千米工作轨道,28 日择机变轨,离月面最近时仅15千米,对月面物体的影像分辨率优于1.5米。嫦娥二号为嫦娥三号登陆月球选定的着陆点—雨海虹湾地区细致拍照探测“引路”,获取了虹湾局部区域1.3米的高分辨率图像,并拍摄发布了7米超高分辨率月球表面三维影像数据。完成探月任务后,嫦娥二号继续向更远的太阳系深空前进,并顺路近距离“拜访”了小行星—战神星(图塔蒂斯)。

7米超高分辨率全月球影像图

7米超高分辨率全月球影像图

嫦娥二号飞掠”图塔蒂斯“小行星

嫦娥二号飞掠”图塔蒂斯“小行星

“落”的精彩:嫦娥三号/玉兔号、嫦娥四号/玉兔二号

嫦娥三号于2013年12月2日发射,14日21:11在月面雨海地区成功软着陆,成为继1976年的月球24号后首个在月球表面软着陆的探测器。嫦娥三号由月面着陆器和巡视探测器(月球车“玉兔号”)组成,总重量3780千克。其中太阳能月球车——玉兔号重量136千克,配备有全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发 X 射线谱仪等科学探测仪器,玉兔号于2016年7月31日晚超额完成任务并停止工作,其共在月球上生存工作了972天。嫦娥三号的月面着陆区被国际天文学联合会命名为“广寒宫”。此次探测完成了首幅月球地质剖面图,展现了月表以下 330 米深度的地质构造特征和演化过程;由山东大学、圣路易斯华盛顿大学、中科院国家天文台等单位学者发现了一种与已有的阿波罗和“月球号”取样以及月球陨石不同的新型月球玄武岩,此结果入选2015年十大天文科技进展;月基天文望远镜对月北极星空进行了紫外巡天观测;获得地球外空4万千米范围内的等离子体 1300 多幅图像。

“玉兔号”月球车在“广寒宫”巡视路线  和物质成分就位探测

“玉兔号”月球车在“广寒宫”巡视路线  和物质成分就位探测

嫦娥三号

嫦娥三号

玉兔号

玉兔号

嫦娥四号(嫦娥三号的备份星)于2018年12月8日发射,2019年1月3日成功着陆在月球背面预选着陆位置的冯·卡门撞击坑,完成世界首次在月球背面软着陆。玉兔二号月球车开展了人类对“神秘”的月背的首次实地勘察。为了解决月球背面无法与地球直接通信的难题,提前于2018年5月21日发射了地月中继通信支持卫星“鹊桥”号。

2019年1月3日,着陆器获取了世界第一张近距离拍摄的月背影像图并传回地面。1月11日下午,嫦娥四号两器互拍:巡视器全景相机对着陆器进行成像、着陆器地形地貌相机对巡视器成像。5月16日《自然》杂志发表,中科院国家天文台李春来研究员领导的研究团队利用嫦娥四号探测数据,证明了其落月点(月背南极-艾特肯盆地)存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质,为解答长期困扰国内外学者的有关月幔物质组成的问题提供了直接证据。此外,嫦娥四号还进行了人类首次月面生物实验。2020年2月27日《科学进展》发表了嫦娥四号任务最新研究成果,首次揭示了月球背面着陆区域地下40米深度内的地质分层结构,发现地下物质由低损耗的月壤物质和大小不同的大量石块组成,并阐述了其作用与演化机制。

嫦娥四号着陆区地下分层结构示意图

嫦娥四号着陆区地下分层结构示意图

嫦娥四号

嫦娥四号

玉兔二号

玉兔二号

“回”的梦想:嫦娥五号将首次实现!

中美于上世纪70年代建交时期,美国曾赠送给中国阿波罗宇航员带回的共只有1克的月球样品。该样本非常珍贵,因此被分为两份,其中0.5克被用于月球科学研究,由现嫦娥工程首席科学家欧阳自远院士等领衔的天文学家们利用其发表了几十篇高水平论文;另外0.5克被永久珍藏展览于北京天文馆中,用于科普教育

探月工程三期——月面取样返回任务的首颗探测器—嫦娥五号,全重8.2吨,由轨道器、返回器、着陆器、上升器四个部分组成,计划于2020年底由我国目前推力最大的长征五号运载火箭(昵称“胖五”)从海南文昌航天发射场发射。嫦娥五号预选着陆地区为月球正面风暴洋西北部吕姆克山脉附近的月海平原,是一个与以往阿波罗和“月球”号任务完全不同的新地点。

嫦娥五号落月后,计划由返回器带回地球约1~2千克的“精挑细选”的月球样品,我国将彻底告别“1克样本分两份”的过去,迎来真正属于自己的月球采样返回的新时代!这“回”的梦想,将由嫦娥五号首次实现,值得我们所有华夏儿女关注与期待!同时,它也将为我国开展更深入的月球科学研究,并为在未来推进构建月球科研基地、开展载人登月和深空探测工程服务。

嫦娥五号

嫦娥五号

长征五号

长征五号

番外篇:月球—资源的宝库!

科学家现已探明,在月球的土壤中存在着大量对于地球来说十分宝贵的丰富资源,如稀有金属矿藏和氦3等。其中氦3被认为是进行可控轻核聚变反应产能的重要原料,月壤中80%以上的氦3富集在粒度小于50微米的颗粒表面,且随深度的分布较稳定。据初步估算,月壤中氦3的资源总量可达100-500万吨! 而建设一个500MW的氘-氦3核聚变发电站,每年消耗的氦3仅需50公斤,而目前全球的年发电量仅须约100吨氦3 ,折合每吨氦3的价值可达40亿美元!

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