“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
1）實(shí)現(xiàn)中國首次月球無人采樣返回，嫦娥五號提取樣品是1976年蘇聯(lián)成功完成“月球24號”無人探測任務(wù)以來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2kg，超過前蘇聯(lián)設(shè)備自動(dòng)采樣170g，10倍有余，成功帶回后，我國月壤存儲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的區(qū)域。
4）首次突破對月球采樣的相關(guān)性技術(shù)，完成第一次進(jìn)行實(shí)施，為我國探月工程又一里程碑。
……
多個(gè)首次，讓中國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—無價(jià)之寶。
圖 2 嫦娥五號、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，沒那么簡單。有一組數(shù)據(jù)，來看看“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，并封存在儲存裝置中，火神山醫(yī)院第一棟樓完成，中國速度僅用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 度無死角可視化操作，鉆取樣本約為0.5公斤。
超過100℃高溫，嫦娥五號耐受太陽直射下超過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的性能衰減，克服測控、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“金鋼鉆”，嫦娥五號不能移動(dòng)，落到哪就得在哪鉆，針對鉆取任務(wù)，航天科技集團(tuán)五院529廠研制團(tuán)隊(duì)開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的，美國《國家地理》雜志文章寫道，嫦娥五號收集最“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”
在人類無法踏上月球時(shí)，人類對于“月壤”的研究多來源于“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)過空間運(yùn)動(dòng)，已經(jīng)被污染，很多信息無法準(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，在嫦娥五號采返回來之前，我國純凈“月壤”含量僅為1g，這一克月壤是由美國在1978年中美建交送給我國的，其中0.5克放在了北京，另外的0.5克被用來研究，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100萬～500萬噸。3He是一種可長期使用的、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)簡便、廉價(jià)。我們只需簡單地計(jì)算一下，就可知道這500萬噸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。從這些簡單的例子中可以看出，開發(fā)利用月壤中的3He，將為人類提供一種可長期使用的、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，九層之臺起于壘土，中國對于“月壤”研究的新開端就是從嫦娥五號“挖土”開始的，因此我國數(shù)十年心血，不遠(yuǎn)萬里之遙，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