“嫦六”月背返回，普通人的登月梦更近一步

　　“月背快递”送达！北京时间2024年6月25日14时07分，嫦娥六号返回器携带约2000克月壤，着陆于内蒙古四子王旗预定区域，工作正常，人类历史上首次月球背面采样返回顺利完成。

　　中国探月的这次任务，突破了月球逆行轨道设计与控制、月背智能采样和月背起飞上升等关键技术，实现了人类历史上首次月球背面自动采样返回。嫦娥六号为中国载人登月、月球科研站的建设打下了坚实的基础。

月背为何值得去

　　嫦娥六号这次采样的地点是月球背面、月球南极附近的艾特肯盆地，这个区域为什么值得我们去探索？

　　由于被地球潮汐锁定，月球永远只有一面朝向地球，这天然地让人们产生了探索另一面的好奇心。20世纪50年代末，当时的苏联就发射探测器拍摄了月球背面的照片，看到它的真实面貌后，人们心中的问号更多了：显而易见，月球正面与背面的地形差异非常大。

　　月球正面的地势总体比较平缓，环形山较少；很多区域呈现凹陷的状态，从地球上看去，这些区域的反射光线亮度比其它区域要弱，表现出阴暗的状态，科学家称之为“月海”。

　　相比之下，月球背面的“月海”就少了很多，取而代之的是密密麻麻的撞击坑、环形山，有的环形山中还套叠着小环形山，地势高低起伏剧烈，高山、高原和沟壑随处可见。嫦娥六号这次降落的艾特肯盆地，最深处达13公里，比地球上的马里亚纳海沟还要深。

　　另一方面，对月壳的厚度分析显示，月壳正面的平均厚度约为50公里，而背面的这个数值约为75公里，月背的月壳平均厚度要比正面足足多出一半。

　　月球正面与背面的上述差异是如何形成的？目前在科学界比较受认可的假说是，这缘于月球的形成与地球同源。

　　该假说认为，距今45亿至46亿年，地球处于形成的初期，还是一个炙热的星体，表面岩浆密布。当时在地球的公转轨道之内还有另外一颗大行星，这颗行星与地球发生了碰撞，主体部分与地球结合在一起，撞击导致地球的一部分与那颗行星的一部分物质抛洒出来，在新形成的地球的引力作用下，于绕地运行的轨道上慢慢地聚合在一起，形成了月球。

　　在这种假说条件下，月球刚形成时的表面基本上是处于完全熔融的高温状态。当月球被地球潮汐锁定之后，面向地球的一面会持续受到地球的高温辐射影响，长期处于熔融状态，直至地球冷却；而背向地球的一面，岩浆物质的凝结速度要比正面快得多。

　　在月球正面，早期未冷却时，陨石直接砸向岩浆中；表面冷却之后，形成的固态月壳较薄，陨石极易穿透月壳进入内部，岩浆透过撞击坑流出，在地势平坦和低洼处均匀流动，逐渐形成了如今的多个月海地形。而在月球背面，由于冷却速度较快，一方面岩浆在来不及均匀流动时就逐步凝结，形成了高山和沟壑；另一方面因为月壳较厚，陨石击穿不了已经固化的月壳，撞击坑的数量就要明显多于正面。

　　这样的假说，既能解释为何地球和月球的岩层成分有极大相似性，又能解释月壤中钾、磷和钨-182等稀土元素含量远高于地球的原因，即这部分物质来源于那颗撞击地球的行星。

　　假说需要科学研究来验证。中国于2018年底发射的嫦娥四号探测器实现了人类首次在月球背面的软着陆，随后玉兔2号月球车在月球背面持续开展监测研究，为人类深入了解月球背面地表形态和月球发展演化提供了丰富的第一手资料。目前，直接在月球表面的研究毕竟条件有限，要更深入地探究月背之谜，就要把那里的月壤带回地球。这正是嫦娥六号的使命。

　　月背的艾特肯盆地，被认为是月球上最古老的撞击坑，那里的几十亿年前的月壤，将为人类验证上述假说提供最直接的物证，深化人类对月球成因和太阳系演化历史的认知。

　　同时，选择月球南极附近这个地点，无疑是为接下来的月球科研站的建设打前站；因为根据之前的探测，月球南极附近有含量较多的水冰，这可能成为将来人类长期驻留月球所需的生命维系和能量供给的重要来源。

　　嫦娥六号“月背挖土”，将为解开地月的一系列奥秘强势助力。

月壤到底多有用

　　“月球土特产”到底能为人们带来什么，不妨先看看“前辈”嫦娥五号带来的成果。

　　2020年12月17日，嫦娥五号从月球正面带回1731克月壤样品，这是人类首次获得的月表年轻火山岩区样品，也是中国科学家第一次拥有属于自己的地外天体返回样品。

　　3年多以来，中国国家航天局向国内131个研究团队发放7批次共85.48克科研样品，目前共产出105篇科技论文，其中有不少关键发现。

　　近10年来，诸多探测器和观测结果都表明月表普遍存在水，两极含量高、赤道含量低，极区有水冰且随日照时间发生动态变化。科学家认为，太阳风、火山喷发、小行星和彗星都有可能是月表上水的重要来源。但是，由于缺乏直接的样品分析证据，月表水的成因和分布一直存在争议。

　　中国科学家对嫦娥五号月壤样品的最新研究证明：这些月壤颗粒最表层的水都是由太阳风高速注入月球表面的。科研人员分析发现，从太阳发射出的氢离子平均速度达到每秒450公里，它们像子弹一样打入月壤颗粒的表层。

　　中国科学院地球化学研究所科研团队发现，嫦娥五号月球矿物表层中存在大量的太阳风成因水。根据估算，太阳风质子注入为嫦娥五号月壤贡献的水含量至少为179ppm（浓度单位），相当于每吨月壤中至少含有170克的水。

　　研究团队对不同温度下月壤颗粒中氢的保存开展了数值模拟，结果显示太阳风成因水可在月表中、高纬度地区得到较好保存。该研究证实了月表矿物是水的重要储库，为月表中纬度地区水的分布提供了关键参考。

　　中国计划在月球南极建设科研站，而上述研究表明月球南极区域的水含量可能比人们以往认为的还要多，而且这些月壤中的水通过粒度分选和加热，比较容易开采利用。这无疑为探索月球的决策提供了重要依据。

　　潜在的“超级能源”氦-3在地球上储量极低，而月球上储量极为丰富。通过对嫦娥五号月壤样品进行阶段升温提取氦-3的方式，科研人员确立了月壤氦-3的最佳萃取温度参数。这些关键科学数据为中国今后对月球氦-3资源的总量估算以及氦-3资源的勘探开发提供了基础支撑。

　　从嫦娥五号月壤中，中核集团核工业北京地质研究院科研人员还发现了新矿物“嫦娥石”。它是一种磷酸盐矿物，呈柱状晶体，存在于月球玄武岩颗粒中。

　　研究团队通过X射线衍射等一系列技术手段，在14万个月球样品颗粒中，分离出一颗粒径约10微米大小的单晶颗粒，并成功解译其晶体结构。经国际矿物学会（IMA）新矿物命名及分类委员会投票通过，确证为一种新矿物，并命名为“嫦娥石”。这是人类在月球上发现的第六种新矿物，中国也成为世界上第三个在月球发现新矿物的国家。

上图：2021年10月15日，在中科院地质与地球物理研究所月球样品洁净室，田恒次副研究员在处理月球样品。

　　除此之外，中国科研人员通过月壤样品的地质定年将月球火山活动结束时间推迟了约8亿年；在国家元首会见时，中国向俄罗斯、法国各赠送1.5克月壤科研样品；嫦娥五号月壤在国家博物馆、党史展览馆等场馆长期展出，赴港澳等地公开巡展，充分发挥了科普价值。

　　重量大概仅占采回样品5%左右的月壤，就在科研科普等领域产生了如此之多的价值。那么，采样量更多、历史更为古老的嫦娥六号月壤，就更加令人期待。

　　众所周知，这次嫦娥六号的月背之旅，也是中国航天的又一次国际合作之旅。嫦娥六号上搭载了来自欧洲空间局、法国、意大利、巴基斯坦的国际载荷，各方一同参与中方的月球科研。目前，嫦娥五号月壤研究的第一批国际申请已完成专家评审；嫦娥六号带回的月背月壤，也将成为全人类探月的共同财富。

私人登月还远吗

　　人类历史上探月的第一个热潮出现在上世纪六七十年代，美苏两国在太空竞赛中完成了数十次月球软着陆探测。2014年初，中国的嫦娥三号探测器成功着陆月球雨海北部，月球软着陆探测的第二轮热潮拉开序幕。

　　尤其是2023年下半年以来，印度、俄罗斯、日本、美国的多个探测器纷纷尝试着陆月球，引人关注。但是，在嫦娥六号之前，人类第二轮月球软着陆的成功率仅仅略超50%，只有中国的嫦娥三号、四号、五号和印度的月船三号任务取得了完全意义上的成功。

　　2023年7月14日，经历两次推迟后，印度月船三号探测器（Chandrayaan-3）发射，于8月23日成功着陆在月球表面。这标志着印度成为世界上第四个成功着陆月球的国家。

　　2023年8月11日，俄罗斯的月球-25号（Luna 25）探测器发射升空，计划在月球南极着陆，后坠毁于月面。调查显示，近月制动时的发动机点火应运行84秒，实际却运行了127秒，加速度计未能在探测器达到预定速度时发出信号及时关闭推进系统，导致失败。

　　2023年9月7日，日本的月球探测器SLIM发射升空。在月面降落过程中，探测器的一台发动机失去推力，导致它以发动机朝上的“倒栽葱”姿态着陆，任务失败。

　　2024年1月8日，美国“航天机器人技术公司”开发的“游隼”月球着陆器发射升空后，因推进系统故障、推进剂泄漏，最终重返地球大气层烧毁。

　　2024年2月15日，美国“直觉机器公司”的奥德修斯号月球着陆器发射，进入环月轨道后发现激光测距系统无法正常工作，于是调用激光测距实验载荷用于着陆数据支持，2月22日着陆月球表面时发生了侧翻。

　　以上事实证明，尽管载人登月已实现了半个多世纪，但时至今日，月球软着陆仍然是高风险环节。“月面软着陆面临两个最大技术挑战，分别是反推发动机技术和着陆导航技术。”资深航天专家、上海航天技术研究院研究员陶建中告诉《新民周刊》记者。

　　目前，只有中国和美国商业航天企业“直觉机器公司”研制出了推力可大范围调节的变推力发动机，依靠发动机推力的受控变化来平衡不断变动的探测器重力。而其他探测器大多采用多台固定推力或可小范围调节推力的发动机组合，这种反推力的突变容易对探测器姿态造成干扰。

　　从着陆导航技术来看，印度月船三号与日本SLIM着陆器都应用了基于图像匹配技术的地形相对导航技术，实现了较高精度着陆。中国的嫦娥系列探测器采用微波/激光测距测速和机器视觉避障技术，具有很高的可靠性，后续嫦娥七号和八号探测器根据任务需求将实现更高精度的着陆。

　　以上的探月尝试中，特别值得一提的是美国“直觉机器公司”的奥德修斯号，它是首个登陆月球的私人探测器。尽管这次登月任务背后也有NASA的部分资金支持，但这仍是民营企业乃至个人参与探月的重要标杆。

上图：2024年2月22日，美企月球着陆器“奥德修斯”入轨准备着陆。

　　奥德修斯号与之前的另一家美国商业航天公司“航天机器人技术公司”的游隼号，都是NASA“商业月球有效载荷服务”（CLPS）计划的尝试。后者当初计划的有效载荷高达265千克，而奥德修斯号的有效载荷为100千克，装载了6个NASA最新的探测仪器。

　　中国的商业航天也在快速发展。2015年，中国政府明确鼓励民营企业发展商业航天，开启了中国航天向“政府主导与市场推动相结合”的转变进程。2023年12月，国家发改委发布的《产业结构调整指导目录（2024年本）》，将“航天强国”列入“推进新型工业化，加快建设”的产业名单。

　　统计数据显示，2023年，中国商业航天领域新增企业数量为113272家，同比2022年的87844家，增长28.95%；其中，43%为火箭制造企业，35%为卫星制造企业。2024年中国的航天发射次数可能超过100次，民营火箭发射将占25%至30%。在一系列政策支持下，预计中国商业航天产业规模，将在2024年突破2.3万亿元。

　　在这样的形势下，中国自主的商业登月、私人月球之旅，已经离我们越来越近。记者｜王煜