國博展出的除了月壤,還有這些探月“好搭檔”

嫦娥五號帶回的“月壤”正在國家博物館展出,這些月壤有何特殊?容器做了怎樣地巧妙設計?還展出了哪些相關物品?記者帶你去現場。

撰文/記者 何從 新媒體編輯/房永珍

中國古人認為,在那皎潔月亮上的廣寒宮中,嫦娥仙子懷抱玉兔,從高處眺望地球。不過,隨著科技的進步,人們已經瞭解到,月球上只有一片冷清和荒涼。即便如此,大家對月球依舊有著強大的好奇心,排除萬難也要步步向它靠近。現在中國人實現了真正的“嫦娥奔月”,甚至帶回了月球“土特產”。

2004年,中國做出實施探月工程的重大戰略決策,確立了繞月探測、落月探測和月球取樣返回探測的三步走規劃。17年來,中國探月工程成功完成6次發射任務。2020年12月17日,嫦娥五號返回艙安全著陸,帶回了1731克月球樣品,首次實現了我國地外天體取樣返回。嫦娥五號取回的月球樣本中,有100克入藏國家博物館進行公開展覽,讓民眾能夠近距離觀看月球土壤真實樣本,引領廣大觀眾深入瞭解,以探月工程為代表的中國科技創新重大成果。

國博展出的除了月壤,還有這些探月“好搭檔”

此次展出包括月球樣品001號在內的,探月工程相關科技實物40餘件,輔以大量圖片資料、動態圖片和影片資料,系統回顧中國探月工程取得的輝煌成就,全面展示中國人民實現“上九天攬月”夢想的偉大奮鬥歷程。月球樣品在國家博物館展出後,未來還將赴全國各地巡展,屆時全國各地民眾,都可以近距離一睹月壤風采。

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裝滿100克月壤的“水晶尊”

展廳裡,水晶容器中的月球樣品在燈光下熠熠生輝。月壤容器材質為人造水晶,整體造型借鑑自國博館藏的系列青銅“尊”造型,整體外部造型高38。44釐米,象徵地球與月亮間的平均間距384400公里;整體外部造型寬22。89釐米,象徵嫦娥五號自發射到返回的任務時長22。89天,從多維度展現了中國探月工程的輝煌成果。

國博展出的除了月壤,還有這些探月“好搭檔”

100克月壤儲存在容器中心部位的空心夾層球體造型之中,透過填滿其中,得以呈現形似月球的造型。下部地球造型磨砂透光,其上中國地圖造型透光突出,象徵華夏大地對月亮的長久情意;容器內的“地球”與“月球”相隔9。9釐米,取意古人所描繪的“天有九霄”,寓意中國探月突破極限、跨越“九重”。

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嫦娥五號上升器、著陸器和軌道器1:1模型

本次展覽展出了嫦娥五號探測器的1:1模型,分為上升器、著陸器和軌道器三部分。其中,上升器和著陸器連為一體。高6。2米,重量達到3。3噸,由2065個零件組裝而成;軌道器長13。8米,重量約2噸,由1000個零件組裝而成。

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與嫦娥一號、二號、三號、四號相比,嫦娥五號探測器的技術跨度大、結構也更為複雜,它是由軌道器、著陸器、上升器、返回器4器組成。這4器每一個都是單獨的個體,此外它們還能組合在一起,比如著陸器和上升器“抱”在一起,就組合成了“著上組合體”,而軌道器和返回器組合成“軌返組合體”,此外4器“串”在一起,就構成了一個完整的嫦娥五號探測器。

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▲嫦娥五號探測器結構示意圖

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嫦娥五號返回艙和降落傘原件

展覽現場還展示了嫦娥五號的返回艙和降落傘的原件。嫦娥五號返回艙直徑約1。3米,高約1。4米,重約0。26噸。是嫦娥五號探測器系統中,唯一回到地球的部分。2020年12月17日凌晨,嫦娥五號返回器攜帶月球樣品,採用半彈道跳躍方式再入返回,在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸。

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嫦娥五號返回器採用球冠鐘形體構型,頂部有兩片穩定翼,確保返回器擁有唯一穩定配平點,即便遭遇動力失效或者姿態失穩等故障,也能自動恢復至預設姿態,飛回著陸場。此外,返回器還配置有12臺RCS姿控發動機輔助配平,及時準確地調整控制質心,進而實現返回器的精確操控。

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嫦娥五號返回艙的降落傘,掛起時高度約4米,材質為錦絲綢。降落傘分減速傘和主傘兩級。為避免空氣阻力撕破降落傘,在返回器降落過程中,減速傘會先開啟,穩定降落姿態,為主傘創造良好的開傘條件。此後,減速傘分離時拉出主傘,使返回器以13米每秒甚至不大於13米每秒的速度安全降落。

降落傘對返回艙的著陸有著極大重要性,如果返回艙沒有安裝降落傘,與地面的撞擊力度是沒法承受的。經過特殊處理的降落傘材質不僅輕薄,而且經過了特殊的耐熱處理。此外,降落傘並不是密不透風的一整塊布,而是頂部中心開有孔洞,傘衣上也留有縫隙以保持穩定。

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嫦娥五號探測器取樣裝置

2020年12月2日22時,經過約19小時月面工作,嫦娥五號探測器利用取樣裝置,順利完成月球表面自動取樣,並已按預定形式,將樣品封裝儲存在上升器攜帶的貯存裝置中。嫦娥五號探測器取樣任務採用表鑽結合,多點取樣的方式,設計了鑽具鑽取和機械臂表取兩種“挖土”模式,共取得1731克月球樣品。

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月球樣品密封裝置“保溫杯”

如何將38萬公里之外的月球土壤和岩石樣品,在無人條件下進行“打包”,並保證樣品在返回地球的過程中,不能有任何汙染?利用的就是這3個像“保溫杯”的,月球樣品密封裝置系統。該系統主要由主體框架、密封容器元件、蓋體元件和開合機構元件組成,鏤空的主體框架上分佈著用於轉移的棘齒和導向條,裝置採用了鈦合金和鋁合金,來保證結構強度和剛度,同時最大限度地減輕了重量。

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月球樣品密封裝置經歷了嫦娥五號的全任務流程,最終將採集到的月球樣品,送到科研人員手中。在月面工作段,月球樣品密封封裝子系統,執行先預先設定好的指令,首先解除蓋體鎖定,將裝置容器口完全敞開,方便鑽取及表取的月球樣品的承接,待所有樣品裝入容器後,將蓋體鎖緊的同時進行高真空密封。

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嫦娥五號任務月面展示國旗

嫦娥五號任務還攜帶了一面小小的、重量為12g的中國國旗,國旗由武漢紡織大學研製。針對月面高低溫交變、真空及輻射等特殊環境要求,以國內高效能芳綸纖維材料為主,採用先進的嵌入式複合紡紗和麵料加工技術,發明了國旗表面色彩構建,及耐紫外輻照等多項後整理技術,既能滿足材質強度要求,又能滿足染色效能要求,還能保證國旗捲起時,在正負150攝氏度溫差環境下不會粘連在一起。

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▲嫦娥五號在月表升國旗模擬畫面

已有那麼多月球樣本,我們還採集幹嘛?

此前,美國透過多次載人登月活動,帶回約380千克月壤和月岩樣品,蘇聯在20世紀70年代,分三次共取得約300克月壤樣品。那麼,我們還需要“大費周章”取樣回來嗎?答案是肯定的。因為對於月球研究來說,這些樣品的多樣性還不夠。

“美國的月壤和月岩樣品採自6個登月點,蘇聯的樣品採自3個登月點,但月球的面積有3800萬平方千米,相當於中國陸地面積的4倍,僅這幾個點的樣品是無法代表月球全貌的。”中科院國家天文臺研究員鄭永春說,此次嫦娥五號選取的取樣點,距離美國“阿波羅”號的取樣點和蘇聯的取樣點非常遠,有不一樣的地質背景。

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▲嫦娥五號在月球取樣模擬畫面

據悉,“阿波羅”號的取樣點在月球赤道兩側中低緯度地區,被稱為阿波羅帶,蘇聯取樣點在月球正面的東側。而嫦娥五號的著陸點在月球正面的西北部,這裡是月球最大的月海—風暴洋,此前人類的探測器從未在此著陸過。

此外,除了與之前的取樣點相距遙遠之外,嫦娥五號取樣點的火山活動更為年輕,可以研究月球內部能量的衰竭,更加全面地瞭解月球地質演化歷史。這也意味著,嫦娥五號月球樣品很可能取得不一樣的結果,有獨特的科研價值。

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▲月球土壤樣本放大圖片

與地球土壤富含微生物和有機養分不同,月壤不含任何有機養分,而且非常乾燥,所以不能種菜。。。但是研究月壤樣品,可以幫助我們認識月球目前的狀態,進一步揭開月球的各種謎團。同時,月壤樣品的研究也可以為後續月球科研站建設提供幫助,甚至對人類登月計劃也有潛移默化的影響。而且在鄭永春看來,月球樣品的意義,並不僅僅在於科學研究。“能夠取回月壤這件事本身,就是一個國家科技能力的最好體現。我們有近2000克樣品,可充分用於研究、科普和教育工作。”

藉助0.5克月壤開啟探月工程

1978年,中美建交,時任美國總統卡特送給中國,一塊1克重的月球岩石樣品,國家決定將其一分為二,一半向公眾展出,一半用於科研。中國月球探測工程首任首席科學家歐陽自遠回憶說,當年把樣品取回來後看到,這是一塊裝在有機玻璃裡面的小石頭,美國人在上面做了一個放大鏡,用放大鏡看像大拇指一樣大,實際上只有黃豆大小。

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▲北京天文館藏0。5克月球樣品

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▲歐陽自遠在進行科學實驗研究

藉助這一小塊月壤,中國開啟了向太陽系星辰大海的挺進。歐陽自遠和科研團隊透過4個多月研究,發表了14篇論文,把這0。5克樣本的方方面面都研究透了。美國人對這些成果讚歎不已:“我們什麼都沒說,你全知道了。”如今,老一輩科學家的夢想,有一塊中國自己採回來的月壤已經實現。未來中國的行星探測計劃將向著月球、火星乃至更遙遠的深空邁進。

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▲本次展覽展出的中國首輛火星車模型

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出品:科普中央廚房

監製:北京科技報 | 科學加客戶端

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