
嫦娥五號於(yu) 2020年12月1日23時許成功著陸月麵,圖為(wei) 其著陸月球後的模擬圖。國家航天局供圖
■本報記者 甘曉 見習(xi) 記者 劉如楠
近日,嫦娥五號任務月球樣品抵達中國科學院國家天文台,正式“入駐”月球樣品實驗室。至此,嫦娥五號任務由工程實施階段正式轉入科學研究新階段,為(wei) 我國首次地外天體(ti) 樣品儲(chu) 存、分析和研究工作拉開序幕。
自2007年嫦娥一號任務實施以來,我國探月工程按照“繞”“落”“回”三步走的計劃砥礪前行。
作為(wei) “科技國家隊”,中國科學院是我國探月工程的倡導者、推動者,也是重要的參研部門之一。櫛風沐雨二十餘(yu) 載,中國科學院的“嫦娥”人不僅(jin) 為(wei) 探月提出了明確的科學目標,也為(wei) 實現工程目標提供科技支撐,書(shu) 寫(xie) 出史詩般的“嫦娥”故事。
從(cong) 發起到實施:瞄準國家需求
“九天攬月星河闊,十六春秋繞落回。”2004年,我國首次繞月探測工程正式立項,並被命名為(wei) “嫦娥工程”。這是我國探月工程的第一個(ge) 裏程碑。
中國探月工程首任首席科學家、中國科學院院士歐陽自遠等專(zhuan) 家已經為(wei) 此努力了多年。1994年,經過對國際月球探測長達35年的追蹤,歐陽自遠等專(zhuan) 家結合我國國情,共同完成了我國第一份完整的月球探測可行性報告,提出開展月球探測發展階段設想、第一階段月球探測的科學目標和第一顆月球衛星的設想方案。
這份方案很快得到國家層麵的重視。1998年,在國家“863”計劃支持下,中國科學院地球化學研究所和國家空間科學中心共同完成我國月球探測發展戰略的研究項目,提出開展我國月球探測發展規劃的初步設想。
在此基礎上,中國科學院啟動星空体育官网入口网站創新工程重要方向項目(以下簡稱創新重要方向項目),開展“我國月球資源探測衛星科學目標研究”,參加單位包括中國科學院地球化學研究所、國家天文台、國家空間科學中心、西安光學精密機械研究所、上海天文台等。
2001年,中國科學院根據自身有效載荷研製技術的水平與(yu) 現狀,再次啟動創新重要方向項目——“月球探測關(guan) 鍵科學技術研究”。
“從(cong) 開始論證探月工程時,我們(men) 就很注重其科學性,注重科學與(yu) 技術並用。因此,每一次任務都會(hui) 提出兩(liang) 組目標:工程目標和科學目標。”2013年嫦娥三號發射時,歐陽自遠接受《中國科學報》采訪時曾說。
以科學目標牽引整個(ge) 工程,已成為(wei) 探月工程的一項傳(chuan) 統。正在進行的嫦娥五號任務中,中國科學院牽頭論證提出了嫦娥五號的兩(liang) 大科學目標,包括開展著陸點區域形貌探測和地質背景勘察,獲取與(yu) 月球樣品相關(guan) 的現場分析數據,建立現場探測數據與(yu) 實驗室分析數據之間的聯係;對月球樣品進行係統、長期的實驗室研究,分析月壤的結構、物理特性、物質組成,深化月球成因和演化曆史的研究等。
從(cong) 繞月到著陸:舉(ju) 全院之力提供支撐
科學目標也依賴著工程技術手段。探月工程實施以來,中國科學院各研究所和衷共濟,為(wei) 地麵應用係統、有效載荷、工程配套載荷和關(guan) 重件的研製和運行提供了全方位、強有力的技術保障。
中國科學院國家天文台承擔的地麵應用係統是“嫦娥”的“大本營”,肩負製訂科學探測計劃和有效載荷運行計劃的任務。在嫦娥一號、二號任務中,地麵應用係統分為(wei) 有效載荷運行管理、探測數據接收、數據預處理、數據管理、科學應用與(yu) 研究等5個(ge) 分係統進行工作。嫦娥三號任務新增了遙科學探測、通信與(yu) 網絡2個(ge) 分係統,並新建了遙科學探測實驗室。
在有效載荷的研製中,中國科學院也是當之無愧的主力隊員。例如,嫦娥三號的8個(ge) 有效載荷中有7個(ge) 都由該院相關(guan) 院所研製:國家天文台研製的月基光學望遠鏡,開創了國際上首次在月麵開展天文研究的新領域;長春光學精密機械與(yu) 物理研究所研製的極紫外相機,首次實現了國際上在月麵對地球等離子體(ti) 層進行觀測;原電子學研究所(現為(wei) 空天信息創新研究院)研製的測月雷達,集合其他成果在國際上首次建立集形貌、成分、結構於(yu) 一體(ti) 的綜合性觀測剖麵……
嫦娥五號任務中,科研人員在嫦娥四號有效載荷基礎上升級了能“看”透次表層的“月壤結構探測儀(yi) ”、類似“人眼”的全景相機、多種關(guan) 鍵材料……為(wei) 嫦娥五號的探測取樣保駕護航。
此外,由中國科學院上海天文台牽頭的甚長基線幹涉測量(VLBI)測軌分係統多次完成衛星測定軌任務。對“嫦娥”來說,VLBI測軌分係統就像“高精度定軌的刻度尺”或“高精度定位的遊標卡尺”,使其知道飛行位置、後續飛行線路;著陸之後,它還能精確標記出每一次轉身和前進的步伐,為(wei) “嫦娥”提供導航信息。
從(cong) 探測到研究:瞄準未來科學前沿
從(cong) 13年前的繞月“遠觀”到“近距離接觸”,再到采樣返回,中國科學院對嫦娥工程的貢獻很多,但始終不忘初心。
“中國為(wei) 什麽(me) 要探月”“探月有什麽(me) 用”……自從(cong) 提出中國月球探測計劃時,歐陽自遠就開始麵對這樣的問題。“月球可以讓我們(men) 了解整個(ge) 太陽係的天體(ti) ,如果認真解剖它就可以推演到其他天體(ti) ,是一個(ge) 很重要的基礎。”2019年,歐陽自遠在回顧中國探月工程和深空探測走過的不凡之路時又一次強調探月的科學意義(yi) 。
前4次的探月,科學家們(men) 已經收獲頗豐(feng) 。嫦娥一號獲得我國首次月球探測工程的第一幅月麵圖像;嫦娥二號獲得7米分辨率全月球影像圖,並在距地球約700萬(wan) 公裏遠的深空與(yu) 圖塔蒂斯小行星交會(hui) ,獲取小行星高清晰圖像——嫦娥一號、二號取得的多項成果為(wei) 探月工程取得“開門紅”。
之後,嫦娥三號、四號揭開了月球上越來越多的“隱秘角落”。依靠嫦娥三號的探測數據,研究者解釋了行星演化曆史,為(wei) 月表地質單元地質年齡的判定等科學問題的研究提供了重要信息;獲得了探測點的精確物質成分信息,並發現了一種新的岩石類型,其具有極高鐵、高鈣、中鈦、貧矽等特性。這些研究發表了多篇高水平論文。
特別是2019年嫦娥四號任務實施後不久,中國科學院國家天文台研究員李春來帶領的團隊先後在《科學進展》《自然》上發表論文,利用測月雷達及就位光譜探測數據,揭示了月球背麵著陸區域地下40米深度內(nei) 的地質分層結構,證明了月球背麵南極—艾特肯盆地存在以橄欖石和低鈣輝石為(wei) 主的深部物質,對了解撞擊過程對月表的改造及解答有關(guan) 月幔物質組成的問題具有重要意義(yi) 。
如今,在由中國科學院國家天文台建設的國家首個(ge) “月球樣品實驗室”中,科研人員正在解封和處理嫦娥五號任務月球樣品。為(wei) 避免月球樣品受到地球大氣、水等環境汙染,實驗室已具備“地外樣品”存儲(chu) 、處理和分析的能力。科學家期待,借助這些最年輕的月球返回樣品,在月球火山活動和演化曆史研究等方麵取得原創性科學成果。
“俱懷逸興(xing) 壯思飛,欲上青天攬明月。”中國科學院人的“嫦娥”故事仍在繼續,飛天逐夢的路途上,他們(men) 步履鏗鏘、矢誌不渝。
《中國科學報》 (2020-12-31 第1版 要聞)