月球探测与资源开发利用研究（8）
胡经国
6、中国实施月球计划
据报道（20171109），中国将在未来18个月内进行两次月球探测：一次前往月球远地面；另一次将从月球带回样品。（中国国家航天局，CNSA）
中国将发射人类首个前往月球远地面的航天器，那时中国将成为世界探月的领导者。
1978年，前美国国家安全事务助理兹比格涅夫·布热津斯基（ZbigniewBrzezinski）访问北京时，赠送给了中方一份特殊的礼物：1g封装在树脂玻璃中的月球土壤。当时的中国，没有几个人知道该如何处理这些样品。所以，地球化学家欧阳自远从西南偏远地区被召回，专门负责研究这一样品。凭借有限的仪器和技术条件，他的团队研究了一半的样品，并且推测出这些样品来自阿波罗17号。
直到20世纪90年代，中国才开始规划自己的探月计划。欧阳自远及其同事们绘制了宏伟的月球计划蓝图，并且以中国神话中的月宫仙女“嫦娥”为其命名。他们设想了一系列无人计划和最终的载人计划。其中，前三次无人计划已在2007年、2010年和2013年圆满完成。近期，中国探月计划无人部分进入最后阶段。该阶段包括两个任务：在11月，“嫦娥5号”将会带回2kg月球土壤；而在2018年底，“嫦娥4号”则将完成人类历史首次在月球远地面着陆。
月球距离是指月球与地球的平均距离，是天文学的一个长度单位，一般被用于衡量天体间的时空距离。1月球距离的数值为3.84×105km。月球正在离地球越来越远。
近地点：月球距离地球最近的近地点距离为363300千米。
远地点：月球距离地球最远的远地点距离为405493千米。
⑴、一个巨大的贡献
嫦娥5号的任务预计持续数日，航天器将在月球表面一个尚未确认的地点停留数小时。嫦娥5号将钻探月球土壤，并且用一根2米长的管子收集土壤样品，这根管子可以装入返回舱。“阿波罗计划和前苏联月球计划一共到达过月球上的9个位置，这9个位置都在月球这面靠近赤道的区域，”伦敦大学伯贝克学院的月球探测专家伊恩·克劳福德（IanCrawford）说。“从月球的其他区域采集样本十分重要。嫦娥5号可能会做出巨大的贡献。”克劳福德补充说，如果嫦娥5号像报道的那样，选择在风暴洋（OceanusProcellarum）的西北部着陆，那么这将是一个理想的位置。因为，那个区域有源于各个时期的玄武岩，将有助于更好地了解月球地幔演变的过程。
此外，美国圣母大学对月球火山物质的研究前景非常感兴趣，而月球火山物质目前尚未被研究。“这些样品可以帮助我们了解20亿年前月球火山喷发的原因，并且厘清月球地幔的资源成分和月球的热演化史。”克劳福德说。
欧阳自远告诉《物理世界》，返回的全部样品将首先由通过提案申请的中国科研人员研究。而国外的申请者将在一年后被邀请参与研究。欧阳自远补充说，很多土壤样品将会被保存在北京的中国国家天文台（NAOC）。
⑵、月球远地面
由于潮汐锁定，月球朝向地球的一面永远是相同的近地面，远地面始终是不可见的。研究表明，月球远地面是一个完全不同的世界，在地质学上更加古老，而且以高地为主，与近地面普遍的平原地貌截然不同。尽管美国宇航局（NASA）和欧洲太空总署都研究过远地面任务的可行性，然而中国却将可能成为首个真正到达月球远地面的国家。
嫦娥4号原本只是作为嫦娥3号登月任务的一个后备方案。但是，在嫦娥3号任务取得成功以后，又被重新提出并且确定登陆月球远地面。该任务预计在2018年下半年发射。在此之前，中国将在2018年中发射一枚中继卫星到地月拉格朗日L2点，以帮助嫦娥4号与地球之间的通讯。嫦娥4号将会降落在月球南极－艾特肯盆地（SouthPole-AitkenBasin）区域。那里是月球上最大、也有可能是最古老的陨石坑。这次任务不只使用地形照相机和探测雷达，还有低频无线电天线。月球远地面被认为是最好的测量氢原子21厘米辐射的地方。氢原子21厘米辐射可用于研究星系的质量和动力学，使科学家可以窥见从宇宙大爆炸到第一颗恒星诞生之间的“宇宙黑暗时代”时期的信息。
科学家还将通过嫦娥4号在中继卫星和两颗绕月球运行的微卫星上设立无线电天线，并且制造一个无线电干涉仪。“这很困难，但是如果能成功，我们就为未来在月球表面或附近设立大型无线电设施铺平道路。”来自荷兰奈梅亨市拉德保德大学（RadboudUniversity）的马克·克莱因·沃特（MarcKleinWolt）说，他是中继卫星天线研发的负责人。
参与两颗绕月微卫星研究的中国国家天文台学者陈学雷也强调了这部分任务的不确定性。“我们大致知道在这个波段要观测什么，但是老实说，因为从来没有人这样做过，所以我们也不确定会看到些什么。”陈学雷告诉《物理世界》。他还说，主要的技术挑战是降低卫星和着陆器的无线电噪声。如果无法降低噪声，那么可能会“严重影响”所收集数据的质量。
嫦娥4号也将是中国首次引入国际合作的探月项目，将带有四个国外制造的负载。“国际合作很重要，也值得鼓励。”负责嫦娥4号科学有效负荷的副总工程师，来自国家空间科学中心的王赤说，“这将有助于澄清外界关于中国探月目的的一些误解，也可以更有效地推动中国探月科学进步。”
⑶、月球之外
中国关于月球研究的努力，并不会止于嫦娥4号。2018年之后的计划还包括：远地面的样品采集，前往月球两极寻找水，以及在2020-2030年建立包括长期无人研究设施的月球科学站。“我确定中国探月计划中受益最大的将会是科学，”克劳福德说。
米歇尔·布兰克（MichelBlanc）是法国图卢兹天体物理学与行星学研究中心（ResearchInstituteinAstrophysicsandPlanetology）的天文学家，同时也是北京国际空间科学研究院执行主席。他说，中国正成为月球探索的主力军。“当时机成熟时，中国将通过开放的国际竞争选择科学负载。到那时，中国将可以在设计最完善的空间任务中开展最好的科学研究。这将是很多国家羡慕的一个位置。世界上空间技术最先进的几个国家才能做到的关键特征。”
⑷、火星在召唤
在中国月球计划紧锣密鼓地进行的同时，科学家已经制定同样雄心勃勃的火星计划。虽然这项计划尚未得到政府的批准，但是该火星计划的第一次任务将可能在2020年启动，包括一个颗卫星、一个着陆器和一台探测车；并且涉及到与瑞士和奥地利两国的合作。“我们正在研制原型机。”来自中国国家空间科学中心的王赤补充说。第二次探测预计在2030年之前进行，将从火星带回样本。
7、嫦娥四号探测到月球巨大金属
据报道（20191116），嫦娥四号不负众望，在月球探测到巨大金属，1吨价值或超百亿美元。
对浩瀚宇宙的探索人类从来没有停止过，而月球作为距离地球最近的天体更是首要探索的目标。58年前，前苏联宇航员加加林进入太空，成为首次遨游太空的英雄。50年前，美国又将两名宇航员送上了月球，人类第一次真切地感受到了月球。作为航天大国的中国怎么能缺席对月球的探索呢？
在2018年12月8日，承载着嫦娥四号探测器的长征三号火箭于西昌卫星发射中心成功发射升空。在2019年1月3日，嫦娥四号成功登陆月球，成为人类史上首个实现月背软着陆的探测器。
在近日，嫦娥四号着陆器和玉兔二号巡视器顺利自主唤醒，并且顺利通过极限低温测试。目前，各项工作正常平稳进行。此次嫦娥四号的主要任务是继续执行嫦娥三号未完成的任务，并且在此层面上进入更深层次的研究。
嫦娥四号的着陆区正是月球南极艾特肯盆地。其光谱探测数据显示，着陆区月壤中存在着以橄榄石和低钙辉石为主的月球深部物质。这些物质可能来自月壳之下更深的月幔。从而，为月幔组成提供了直接证据，为研究月球的演变提供了有力的支撑。
艾特肯盆地里的神秘物质，其重量达到了惊人的2180万亿吨，并且其面积超过了5万平方公里，相当于8个中国南京的面积。因此，这也间接说明，在月球上存在着非常多的物质资源。
其实在之前，美国宇航局就发现月球背面存在总面积超过5万平方公里、总量可能达到2180万亿吨的神秘物质。
从月球上面采集到的样品来看，这些物质中含有镁铁成分，主要是橄榄石和低钙辉石的混合物。在研究中，科学家估计，月球背面的这个巨大陨石坑里面有丰富的资源，足够人类在月球生存很多年。
其实在月球资源中谈得最多的是氦-3。由于地球被磁场和厚厚的大气层包围，使得氦-3很难到达地球表面。但是，在月球上空没有大气阻隔，数十亿年一直在积聚太阳释放的氦-3。
据了解，月球储存的氦-3如果用于核聚变，那么至少能够解决1万年的能源需求。除了氦-3以外，月球上的钛资源占总资源量30%左右。当然，这个结论一旦确定，可能会解决人类的能源危机。
8、月球探测进展与中国月球探测
月球探测是中国航天活动发展的必然选择，将成为中国航天事业的第三个里程碑。在20世纪60、70年代的第一次月球探测高潮以后，迎来了“重返月球”的又一次月球探测热潮。以开发利用月球上丰富的核聚变燃料氦-3、矿产和空间环境资源等为最终目标。中国已经具备了进行月球探测的技术能力。首期工程的科学目标包括：获取月球表面三维影像，分析月球表面有用元素含量和物质类型及其分布特点，探测月壤厚度和探测地－月空间环境。
9、中国成功实现地月距离激光精确测量
据报道（20191220），就在中国成功发射天琴一号首颗引力波探测试验星前夕，天琴团队成功实现了地月距离的激光精确测量，并且获得了月面上全部5个反射镜的回波信号。中国已成为世界上第五个实现地月激光精确测量的国家，也是世界上第三个成功测得月球全部5个反射镜回波信号的国家，为后续中国空间引力波探测项目奠定了基础。
为了找到月球上神秘的“镜子”，中国人已经尝试了30多年。最开始的时候中国只能测卫星，测月甚至是无法想象的事情。
激光测距的原理听上去很简单，一束激光打到目标位置后返回，通过测量其中往返的时间，配合光速进行计算，就可以得到精确的距离。然而，在往返月球40万公里的路上，激光的能量几乎被消耗殆尽了。
正是因为测月的难度太大，尽管已经做了几年的理论研究和充分的论证准备，天琴团队原本的预期也只是在今年内能够测到一次信号就算成功了。而这个预期，也因为珠海恶劣的天气条件被再一次降低。潮湿、台风，让珠海的上半年几乎没有办法进行观测。就在团队成员都很失望的时候，6月8日却出现了奇迹。
天琴计划团队成员叶贤基教授说，那天原本天上有很厚的云层，所以一开始根本没信号。就在云层运动的一个间隙，月亮露出来了一下，团队试着打了一束激光，结果真的抓到了反射回来的信号。就是这短暂的显露一个云层缝隙的时间，实现了中国人30年的突破，也证明了该团队方案的正确性。
从那以后，哪怕天气不好，他们也会来到台站上看一看。最终，仅仅用了5个多月，该团队就历史性地观测到了月面上全部5个反射镜的回波信号，创造了中国速度。
10、中国长征五号发射飞行试验圆满成功
据报道（20191230），12月27日晚上20时45分，在万众期待中，长征五号火箭在中国文昌航天发射场点火升空。这一次长征五号发射飞行试验取得了圆满成功。中国今年在太空领域取得的成就显著。在这一次长征五号发射成功以后，美媒感叹中国太空力量已经超过美国，并且总结出了以下三方面：
首先，当然是长征五号发射成功。“长征五号遥三”的发射，背负的不止是荣耀，还有“长征五号遥二”发射失败所带来的沉重压力。在2017年7月2日，“长征五号遥二”发射失败，问题出在一台芯一级上的YF-77发动机。在908天的发动机重新研制中，研制团队承受住了这908天的压力，解决了发动机异常震动的问题。
需要注意的是，氢氧发动机在2001年开展专项研制的13年里，也不过只研制了16台。长征五号的研制团队却在这908天中，重新研制了8台发动机。其中的艰辛难以想象。虽然说失败是成功之母，但是“长征五号遥二”发射失败的压力，压在研制人员的肩上，对研制人员依然是很大的负担。
然而，研制人员却把这种压力转换成为了动力。两年半的发动机研制，就如同两年半的含泪奔跑，书写了一段不平凡的中国太空团队的飞天路。YF-100发动机和YF-77发动机的成功，使中国成为继俄罗斯之后，世界上第二个掌握高压补燃循环发动机技术的国家。这样的巨大的研发成功，这样的迅速的研发速度，是美媒认为中国在太空超过美国的第一个原因。
其次，是中国自主创新、自主设计、自主建造以及自主可控的北斗三号系统。据报道，从12月27日的发布会上得知，中国的北斗三号，所有中国地球轨道卫星完成了组网。这标志着中国北斗三号系统核心星座部署完成。北斗卫星导航系统是中国迄今为止，规模最大、覆盖范围最广、服务性能要求最高的巨型复杂航天系统。它具有性能指标高、技术体制新、国产化程度高、批产组网、用户范围广等特点。
自2017年10月以来，中国在25个月内发射了30颗卫星，并且将在明年彻底完成北斗三号卫星系统建设。实际上，我们日常生活中使用的智能手机导航定位服务，绝大部分都已经是北斗系统提供的服务。因为，这种导航定位系统的使用，实际上是体现在芯片上的。目前，中国的大部分导航定位，其实已经不再依赖美国的GPS系统了。
之所以手机上还显示的是GPS信号，这是因为GPS的全称是“GlobalPositioningSystem”，翻译过来其实是“全球定位系统”。它包括美国GPS和中国北斗导航在内的众多定位系统。只不过是，过去的美国偷换概念，把自己研发出的本国定位系统，套上了“全球”的名义，这才引起了误会。
第三，是中国太空民企在太空领域拥有了越来越重要的地位。众所周知，美国航天最依赖的公司之一便是民企SpaceX。在中国，其实也有类似SpaceX的航天公司，比如北京星际荣耀公司就是一家航天科技发达的公司。
看完上述美媒分析的美国网友们，提出了额外的一点看法。他们认为，下面一点才是中国航天最大的优势。这一点就是：他们在看长征五号升空时，见到了长征五号团队成员年轻的面孔。一位美国网友感叹道，长征五号团队成员的平均年龄还不到35岁。而美国的年轻人，则大都对航天科技不感兴趣。如果这样继续下去，那么美国的航天科技地位确实将会不保。
中国年轻的科学家和工程师在各项高科技领域占据着越来越重要的地位。薪火相传，中国自然会越来越强大。不像在美国，航天领域白发苍苍的老人意味着资历；但是如果没有新鲜血液注入，那么被赶超也只是时间问题。
11、中国长征五号胜利发射
据报道（20191231），随着综合国力不断提升，中国如今已经取得了许多成就，在各个领域都有了长足的进步。值得一提的是，不久之前，中国再次迎来了一个好消息。12月27日20时45分，长征五号遥三火箭在海南文昌航天发射场发射成功。
长征五号是中国运载能力最大的火箭，中芯级直径为5米，地球同步转移轨道和近地轨道运载能力分别为14吨级与25吨级，进一步缩小了中外差距。如今长征五号在之前发射失败后成功执行发射任务，无疑说明中国的航天实力再次得到了提升。
然而具有讽刺意味的是，在长征五号发射成功之际，俄罗斯的大批军事卫星却传来了噩耗。据悉，当日俄罗斯副总理鲍里索夫表示，俄军事卫星群的更新突然中断。目前，俄罗斯已经成立了一个委员会专门对此事进行调查。对此白宫感慨道，现在美国的最大对手已经不是俄罗斯了，看来果真是斗转星移，如今的中国早已今非昔比。
以前俄罗斯在航天领域可算是佼佼者。不过，在苏联解体以后，俄罗斯的整体实力已经出现了大幅度下滑，即使是想发展航天力量也只是有心无力。中国在航天领域虽然起步较晚，但是中国发展速度却非常快；而且在资金方面，花费的费用也比美国低出不少。
2019年12月19日编写于重庆
2020年1月14日修改于重庆
2022年3月31日修改于重庆
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