科技馆里学航天

从嫦娥奔月的神话传说到莫高窟的飞天壁画，从战国诗人屈原的《天问》到宋代词人苏轼的“明月几时有，把酒问青天”，中华民族对月亮的猜测和想象从未停止。如今，我们早已开启月球探索之旅，月亮的神秘面纱正逐步被揭开。

2004年1月23日，中国探月工程正式立项。20年来，我们见证了“嫦娥一号”“嫦娥二号”绕月飞行，“嫦娥三号”成功落月并开展月面巡视勘察，“嫦娥四号”月球背面软着陆，“嫦娥五号”也不负众望实现了我国首次地外天体无人采样返回，奏响了中国探月工程“绕、落、回”三步走的终章强音。下面，就让我们一起了解“嫦娥五号”的取壤之旅吧！

走进中国科学技术馆主展厅四层的“问鼎太空征途”展区，可以看到一件叫作“探秘‘嫦娥五号’”的展品。它展示了“嫦娥五号”着陆器与上升器1：1模型，以及“嫦娥五号”从运载发射飞往月球到采样返回成功着陆的飞行示意图。展品前有一个操作台，分别点击“探月工程”“取壤之旅”和“解密嫦娥五号”，就可以通过影片了解对应的内容。

与之前的4个月球探测器相比，“嫦娥五号”的技术跨度大，结构也更为复杂。它由4部分组成，自下而上分别是轨道舱、返回器、着陆器和上升器，总重量达8.2吨。其中，轨道舱就像一辆“太空运转巴士”，负责将其他三器送出去，又将返回器接回来。2020年11月24日，“嫦娥五号”搭乘“长征五号”遥五运载火箭在海南文昌发射中心缓缓升空，横跨38万千米前往月球。当“嫦娥五号”进入预定轨道后，会进行组合体分离。其中，轨道舱带着返回器继续绕月飞行，而分离的着陆器和上升器组合体将降落在月面预选区域，并按计划进行月球表面的样本收集工作，也就是我们俗称的“月面挖土”。

着陆器相当于一台“挖掘机”，负责“挖土”重任。“嫦娥五号”拥有两种“挖土”方式——表取和钻取。表取就是采用机械臂末端的固定铲挖型采样器，进行表层和次表层月壤采集，实现多点、多次采样；而钻取则是使用空心钻杆的取芯机构，钻到月球表面2米以下的深度对深层样品进行采集，其功率很大，甚至可以钻穿岩石。这种“表钻结合、多点采样”的工作模式，不仅可以提高采样的成功率和可靠性，也使得采集的样品种类更加丰富，为后续的科研工作提供了更多可靠的原始资料。最终，“嫦娥五号”顺利采集了1731克月球样品，将其封装后转移至上升器携带的贮存装置中，然后带回了地球。

我们都知道，从地球上发射航天器需要搭载火箭，那么，“嫦娥五号”是怎么从月球返回的呢？难道要在月球上发射火箭吗？

原来，月面发射的“小火箭”就是上升器。“嫦娥五号”的上升器上搭载了一台推力3000牛的发动机，相当于月球上的一枚微缩版运载火箭，为月面起飞提供推力。由于月球表面引力只有地球表面的六分之一，而且月球没有大气层，不会受到空气阻力的影响，因此在月球表面发射探测器对推力的要求相对较低。在离开月球时，着陆器会被留在月表上，成为临时的发射塔。上升器克服月球的引力，获得足够的速度进入环月轨道后与接应它的轨道舱和返回器进行无人交会对接，实现太空中的浪漫“牵手”，并把月壤样品转移至返回器中。至此，上升器完成了它的使命，并与轨道舱和返回器组合体分离。

接下来，便由轨道舱携带着返回器返回地球。到了离地球5000千米高度时，轨道舱会与返回器分离，由返回器独自为月壤之旅最后一段征程保驾护航。它要经历惯性滑行、地球大气再入、回收着陆3个阶段，才能完成最后的降落。返回器首先以第二宇宙速度，即11.2千米/秒冲向地球，在进入地球大气后，通过半弹道跳跃式再入返回技术重新跳出大气层，再以更慢的速度进入地球，完成降落。这是因为，当返回器带着样品以第二宇宙速度返回地球时，它要承受高温和过载等多重挑战，而通过“跳跃式”再入返回的方式降落地面，返回器再入大气层时，温度、速度都会降低，从而保证它的安全。实际上，早在2014年，我国就成功完成了探月工程三期“再入返回飞行”试验，作为“嫦娥五号”任务的开路先锋，为其安全返回奠定了技术基础。

在中国科学技术馆“探秘‘嫦娥五号’”展品旁，还展示了由中科院地球化学研究所研制的CAS-1仿真月壤，我们可以站在球形月壤容器前观察月壤，并通过左右滑动展台右侧的摇杆来调节电子显微镜，以便通过显示屏更好地观察月壤。

月壤存在于月球表层，是了解月壳岩石圈的组成和分布特征的绝佳样本。作为月球固体岩石圈到太阳系空间的过渡带，月壤暴露于宇宙射线和太阳风中，包含着太阳系空间物质和能量信息，有助于科学家了解太阳活动的历史。由于它遭受过微陨石和小行星的撞击，能够为研究月球乃至地月系演化历史、认识各类行星的地质演化过程提供参考，有利于我们进一步完善现代行星科学。此外，月壤也是月球资源利用研究的重要载体。月壤中含有丰富的资源信息，包括氦-3、钛铁矿、克里普岩等潜在资源，可以为月球资源开发利用、月球基地选址等提供重要的科学依据。几千年来，人们仰望着空中的月亮，不断涌现对它的猜想，而这一小块来自月球的土壤，正在科学家的显微镜下一层层揭开月球神秘的面纱。

“嫦娥五号”任务为我国探月工程“绕、落、回”三步走发展规划画上了圆满的句号。从绕月到落月，从月背着陆到采样返回，中国人九天揽月的脚步不断向前。2024年5月3日，“嫦娥六号”探测器搭乘“长征五号”遥八运载火箭向月球出发，奔赴月球背面的南极-艾特肯盆地，进行形貌探测和地质背景勘察。6月4日，“嫦娥六号”完成世界首次月球背面采样和起飞，来自月背的样品即将首次降临地球。相信在未来，我国的月球探测一定能取得更前沿、更辉煌的成就，我们也将继续向更远的星辰大海进发。