2030年前實現(xiàn)載人登陸月球，為實現(xiàn)這一目標(biāo)，我國科研人員正在研制新火箭、新飛船、新的載人月球車等一系列新裝備。這些新裝備各自承擔(dān)什么任務(wù)、有哪些本領(lǐng)，未來載人登月的方案流程是怎樣的？我們一起了解一下。

　　用于載人登月的新一代載人運載火箭被命名為長征十號，負(fù)責(zé)將月面著陸器和登月飛船送入地月轉(zhuǎn)移軌道，它高度約92米，起飛質(zhì)量約2187噸，起飛推力約2678噸，預(yù)計在2027年具備首飛條件。

　　航天科技集團(tuán)一院原長征二號F運載火箭總設(shè)計師容易：目前各項研制工作正在有序快速推進(jìn)過程中，芯級直徑5米，捆綁的是5米直徑的助推器。所以它未來的奔月軌道的運載能力是27噸，比長征五號還要提高3倍多。

• 新一代載人飛船：全面升級的新型天地往返運輸飛行器

　　新一代載人飛船是在神舟飛船基礎(chǔ)上全面升級研制的新型天地往返運輸飛行器，采用模塊化設(shè)計，由返回艙和服務(wù)艙組成。到達(dá)月球后，將由月面著陸器將航天員送達(dá)月面。

• 月面著陸器：可搭載兩名航天員往返

　　月面著陸器是我國全新研制的地外天體載人下降與上升飛行器，由登月艙和推進(jìn)艙組成。主要用于環(huán)月軌道和月球表面間的航天員運輸，可搭載2名航天員往返，并可攜帶月球車和科學(xué)載荷。

• 載人月球車：兩名航天員可乘月球車開展月球采樣

　　月面著陸器到達(dá)月面后，航天員將乘坐月球車，在月面開展工作。載人月球車重約200公斤，可搭乘兩名航天員，航天員將乘著月球車在10公里的范圍之內(nèi)開展月球采樣。

• 載人登月初步方案：兩次發(fā)射兩個航天器在環(huán)月軌道交會對接

　　目前，我國載人登月的初步方案是：首先發(fā)射月面著陸器，月面著陸器在環(huán)月軌道停泊等待，然后再發(fā)射新一代載人飛船，飛船與著陸器在環(huán)月軌道交會對接。航天員從飛船進(jìn)入著陸器。

• 載人登月初步方案：航天員進(jìn)入月面著陸器落月開展月面活動

　　著陸器與飛船分離后下降到月面，航天員開展月面活動。之后，航天員乘坐著陸器起飛上升與飛船對接，航天員進(jìn)入飛船。飛船與著陸器登月艙分離后，返回地球。

　　亞洲最大單口徑天線

　　接收月球“悄悄話”

　　月球離我們有38萬公里的距離，大約相當(dāng)于九個半地球赤道周長的長度，“玉兔二號”從月球上獲取的信號在傳回地球的過程中，會隨著距離的變大而衰減。

　　為了捕捉到這些珍貴而又微弱的信號，研制團(tuán)隊用上了一個亞洲最大的天線。這個天線可不是一根線，而是一口“大鍋”。

　　如何在地球接收到月球傳回來的數(shù)據(jù)呢？靠的就是這一臺像“鍋”一樣的設(shè)備，它叫做70米口徑全可動天線。雖然看起來像一口鍋，但這樣的構(gòu)型能幫助它更好地收集數(shù)據(jù)。

　　中國科學(xué)院國家天文臺工程師薛喜平：咱們現(xiàn)在所在的位置就是國家天文臺武清地面站，它（天線）是方位360度可動，俯仰90度可轉(zhuǎn)動，也就是說只要是地平線往上的目標(biāo)，我們都可以觀測到。月球接收回來的圖片、視頻，還有很多的科學(xué)數(shù)據(jù)，都會用到這個天線。

　　這口“鍋”這么厲害，那“鍋”里面長什么樣？今天我們就一起走到“鍋”中看一看。

• 70米口徑天線面積相當(dāng)于10個籃球場

　　在這個70米口徑天線的內(nèi)部，第一感覺就是非常大。天線所采用的反射面板，它的面積有4560平方米，相當(dāng)于10個籃球場的大小，天線的高度有72米，重量有2700噸，主要承擔(dān)探月、探火等深空探測任務(wù)的數(shù)據(jù)接收。

　　中國科學(xué)院國家天文臺工程師薛喜平：咱們天線采用主反射和副反射聯(lián)合起來工作的一個方式，現(xiàn)在咱們腳踩的叫主反射面，頭頂圓盤叫副反射面。衛(wèi)星下來的信號首先是射到主反射面，再匯聚到副反射面，然后副反面再反射到饋源，就進(jìn)到我們傳輸設(shè)備里頭，是二次反射。

• 為什么要用幾次反射來收集這個數(shù)據(jù)？

　　二次反射主要是為了提高接收效率，還有一個好處就是可以把饋源這個設(shè)備做在下面，如果是一次反射，這一堆設(shè)備我都要掛在天上，這樣負(fù)擔(dān)就比較重，而且設(shè)計比較困難。

• 饋源什么樣？

　　中國科學(xué)院國家天文臺工程師薛喜平：我們現(xiàn)在在天線的饋源艙，錐狀的叫饋源喇叭，然后信號進(jìn)到制冷接收機(jī)。為了提高天線的接收靈敏度，它里邊充的是氮氣，溫度只有零下265攝氏度，降低我們天線設(shè)備自身產(chǎn)生的噪聲干擾。然后通過這些電纜傳給底下機(jī)房。

　　遙遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)已經(jīng)接收到了，現(xiàn)在就要將這些數(shù)據(jù)變?yōu)榭吹枚男畔ⅰＴ谔炀€的旁邊就是數(shù)據(jù)處理的工作室。

　　中國科學(xué)院國家天文臺工程師薛喜平：這個是用來做信號判斷的，凸起的地方就是信號所在的地方。整個工作流程都是全自動化運行的，天線根據(jù)自己的時間節(jié)點去控制各個設(shè)備，達(dá)到它正常的工作狀態(tài)。

　　從月球接收的數(shù)據(jù)

　　如何變成月面照片？

　　38萬公里外的信號接收成功了，但這還只是其中的一個環(huán)節(jié)，下一步就是要把我們看不懂的數(shù)據(jù)，解碼變成看得懂的月面照片。數(shù)據(jù)是怎么變成照片的呢？我們一起去處理月球科學(xué)數(shù)據(jù)的國家天文臺，一探究竟。

　　這張照片是玉兔二號月球車在月球背面工作的第59個月晝拍攝的，這些隕石坑是科學(xué)家最喜歡的月球地貌之一，隕石坑還可以挖掘出月球深部物質(zhì)。從照片中可以看出來，如果隕石坑邊緣附近存在顆粒狀的凸起石頭，就說明這個隕石坑還沒有被完全風(fēng)化，形成的年份比較新，月球車可以去分析新鮮的巖石成分，來獲得科學(xué)家感興趣的科學(xué)數(shù)據(jù)。雖然照片看著非常清晰直觀，但這些照片最初接收到的狀態(tài)卻是一串串?dāng)?shù)字。

• 武清站從“大鍋”接收下來全是數(shù)字？

　　嫦娥四號任務(wù)地面應(yīng)用系統(tǒng)主任設(shè)計師付強(qiáng)：是這樣，我們把各載荷數(shù)據(jù)從這個數(shù)據(jù)流里面提取出來，然后形成科學(xué)數(shù)據(jù)，我們進(jìn)一步處理之后，就會形成各類的圖像數(shù)據(jù)和各類的探測數(shù)據(jù)。它不一定能真實地反映它的色彩，我們在處理過程中是要對這個圖像進(jìn)行色彩的一系列校正。

　　這是有一定的工作量的，現(xiàn)在嫦娥四號從工程進(jìn)展上一直都很順利，我們可以拿到大量的圖像，所以說每天都要面對這些新的數(shù)據(jù)。

　　這張圖在細(xì)部上的呈現(xiàn)都非常清晰，但其實這張圖只有300多兆大小，和我們現(xiàn)在的手機(jī)拍攝的照片相比分辨率略顯不足，但是要從38萬公里之外的月球來處理這樣一張圖片，它這個過程還是非常復(fù)雜的。

　　嫦娥四號任務(wù)地面應(yīng)用系統(tǒng)主任設(shè)計師付強(qiáng)：我們在軌探測的時候，玉兔二號巡視器在同樣的位置環(huán)拍了兩圈，共獲得了56幅的圖像。我們把它拼接完之后，形成這樣一個300多兆的數(shù)據(jù)大小的圖像，但其實這個數(shù)據(jù)在我們下傳的時候，需要將近一天到兩天的時間才能把它獲取到地面上。

　　我們現(xiàn)在是工作到59月晝了，正常情況下，用我們的全色（黑白）圖像就夠完成移動和探測目標(biāo)的選取等飛控工作。彩色的圖在軌實施的代價會更大一點，走到比較關(guān)鍵的一些位置的時候，我們才會用彩色圖環(huán)拍。

• 新的鵲橋未來會不會更加方便？

　　嫦娥四號任務(wù)地面應(yīng)用系統(tǒng)主任設(shè)計師付強(qiáng)：我們的鵲橋二號更多的是多出一條路，對于我們來說的話，有另一條路的話是更可靠一些。月面地形是相對比較復(fù)雜的，我們需要圖像去規(guī)劃它的移動路線。

　　第二個就是我們要在這個圖像上選擇一些我們感興趣的科學(xué)探測目標(biāo)，然后控制我們的車移動到我們的目標(biāo)附近，對這些目標(biāo)開展一系列的科學(xué)探測，發(fā)現(xiàn)更多的科學(xué)成果。

　　神奇的月壤竟是“五彩斑斕”的

　　除了得到從月球發(fā)回來的照片，在2020年，探月工程通過嫦娥五號任務(wù)，從月球取回了1731克月球樣本。一些高校和科研機(jī)構(gòu)申請了月壤用于科學(xué)研究，月壤申請基本上以克為單位，有時候甚至是按毫克計算。通過近3年的研究，取得了一批科研成果，揭開了更多月球的神秘面紗。讓科學(xué)家心心念念的月壤，究竟長什么樣，研究月壤，又是在研究什么呢？

　　嫦娥五號從月球表面取回的月壤樣本，從表面看它是黑色的像煤渣一樣的顆粒，但是如果把它放到顯微鏡下的時候，它就會變成五彩斑斕的顏色。

　　嫦娥工程地面應(yīng)用系統(tǒng)主任設(shè)計師周琴：月壤就是指顆粒粒徑特別細(xì)的一些小的巖石或者礦物顆粒。這個顆粒我們就可以看到它是由不同的礦物組成的，像這種棕色的，我們一般認(rèn)為它就是輝石，這個顏色稍微深一些的，像金屬光澤的這種是鈦鐵礦，顏色稍微淺一點，有可能是長石，像棕黃色的一般都是橄欖石。

　　因為嫦娥五號返回的樣品90%以上都是本地玄武巖組成的，所以我們看到這個里面的不管是巖石類型或者礦物組成來說的話，是相對比較單一的。

• 這種玄武巖在地球上有嗎？

　　地球上也有玄武巖，但是跟它的成分組成不一樣。地球和月球的自然環(huán)境是不一樣的，因為在月面上沒有氧氣，氧化還原的狀態(tài)不一樣，但是我們從巖石的結(jié)構(gòu)上面來看的話，有一定的相似性。

• 這些在地球上都統(tǒng)稱為玻璃嗎？

　　實際上這個里面玻璃含量也挺高的，玻璃也分很多種，有一種是火山玻璃，還有撞擊玻璃。撞擊的話就是有一個外力撞到這個月面，提供的熱量足夠多的話，巖石熔融甩出來的熔漿就叫撞擊玻璃。因為月面是真空，火山噴發(fā)的程度會比我們地球上更劇烈，巖漿甩到空中以后，就相當(dāng)于一個快速淬火冷凝的過程，這種就叫火山玻璃，它反映的才是月幔深部的信息。

• 月球有哪些資源是我們可以進(jìn)行利用的？

　　我們研究月球樣品肯定是想研究月球本身的演化歷史，同時也有利于我們更了解月球里面到底還有什么樣的資源，有哪些礦物或者是哪些元素可以做資源開發(fā)或者資源開采。

　　截至目前，科研人員通過對數(shù)十萬個平均大小僅10微米的月壤顆粒開展了礦物學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)了我國首個月球新礦物——嫦娥石。

　　走！去神秘“金庫”找月壤

　　從月球取回的土壤，可以幫助我們更加了解月球，珍貴程度不言而喻，為了保存這些珍貴的土壤，在國家天文臺，有一個神秘的、堪比“金庫”的實驗室，嫦娥五號取回來的月壤就在這里保存。月壤的保存不同于一般的實驗樣品，分類、編號、氣壓等環(huán)境要求都非常嚴(yán)格。

• 月球樣本實驗室分類保存細(xì)致編號

　　在國家天文臺的地下月球樣本實驗室，科研人員正在對嫦娥五號從月球取回的樣品進(jìn)行分類保存。

　　嫦娥五號在月球取樣的時候，使用了兩種方式。一種是鏟取，把表面的月壤鏟到裝置里面。另一種是鉆取，通過鉆頭來取月壤深部的樣本。

　　比如說CE5C代表的意思就是嫦娥五號，C就代表它是鏟取的意思。

　　下面我們可以看到分1、2、3、4、5、6，后面還有7、8、9、10，一共是11段當(dāng)時鉆取的樣本。

　　嫦娥工程地面應(yīng)用系統(tǒng)主任設(shè)計師周琴：它全都分好了，你看我們下面是10個，上面那個瓶子也是10個，每一罐都是10克的樣品。

　　環(huán)境要模仿月表，月表就是無水低氧，這里面充的都是高純氮氣。你看這手套露出來，它里面氮氣的壓力比外面壓力稍微高一點，實際上也是防止空氣進(jìn)去。主要是想讓它在比較好的環(huán)境下能夠存的時間長一些，這樣后續(xù)科學(xué)家做科學(xué)實驗的時候，不會因為地球環(huán)境對它造成樣品的污染，導(dǎo)致去錯誤地解讀數(shù)據(jù)。

• 目前的研究方向主要集中在哪些方面？

　　研究方向非常廣，除了做傳統(tǒng)的巖石礦物、做化學(xué)成分的這些研究以外，還有要做生命的、做材料的，要把它纖維化，然后要去做和織布有關(guān)的材料研究。

　　外界申請月壤樣本的標(biāo)準(zhǔn)是很嚴(yán)格的，它借出去的時候是要稱一遍重量，返還的時候也要稱一遍重量，不光要控制它的重量，還要注明樣品它可能之前做了哪些實驗，我們都要分開編號。這樣大家再去申請的話，就知道這個樣品之前的實驗會對它有什么影響。

　　所以樣品現(xiàn)在越分越多，相當(dāng)于一個編號下面再來一個子編號，有可能再來一個子編號，所以就越來越多。

　　一個柜子里面的樣品是原始的樣品，是沒有接觸過大氣的。他們所有申請的原始樣品都是從這個柜子里面往外走的。返還的樣品全都在另一個柜子里，這個柜子里的樣品都是外借完之后回來的樣品，就不會再跟最原始的樣品再做接觸，樣品有的可能是接觸過大氣了，有的可能接觸經(jīng)過一些化學(xué)成分的分析。

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責(zé)任編輯：李桐