作者:甘晓 刘如楠 来源: 中国科学报 发布时间:2020-12-31
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飞天逐梦 写就嫦娥史诗

 

嫦娥五号于2020年12月1日23时许成功着陆月面,图为其着陆月球后的模拟图。国家航天局供图

■本报记者 甘晓 见习记者 刘如楠

近日,嫦娥五号任务月球样品抵达中国科学院国家天文台,正式“入驻”月球样品实验室。至此,嫦娥五号任务由工程实施阶段正式转入科学研究新阶段,为我国首次地外天体样品储存、分析和研究工作拉开序幕。

自2007年嫦娥一号任务实施以来,我国探月工程按照“绕”“落”“回”三步走的计划砥砺前行。

作为“科技国家队”,中国科学院是我国探月工程的倡导者、推动者,也是重要的参研部门之一。栉风沐雨二十余载,中国科学院的“嫦娥”人不仅为探月提出了明确的科学目标,也为实现工程目标提供科技支撑,书写出史诗般的“嫦娥”故事。

从发起到实施:瞄准国家需求

“九天揽月星河阔,十六春秋绕落回。”2004年,我国首次绕月探测工程正式立项,并被命名为“嫦娥工程”。这是我国探月工程的第一个里程碑。

中国探月工程首任首席科学家、中国科学院院士欧阳自远等专家已经为此努力了多年。1994年,经过对国际月球探测长达35年的追踪,欧阳自远等专家结合我国国情,共同完成了我国第一份完整的月球探测可行性报告,提出开展月球探测发展阶段设想、第一阶段月球探测的科学目标和第一颗月球卫星的设想方案。

这份方案很快得到国家层面的重视。1998年,在国家“863”计划支持下,中国科学院地球化学研究所和国家空间科学中心共同完成我国月球探测发展战略的研究项目,提出开展我国月球探测发展规划的初步设想。

在此基础上,中国科学院启动知识创新工程重要方向项目(以下简称创新重要方向项目),开展“我国月球资源探测卫星科学目标研究”,参加单位包括中国科学院地球化学研究所、国家天文台、国家空间科学中心、西安光学精密机械研究所、上海天文台等。

2001年,中国科学院根据自身有效载荷研制技术的水平与现状,再次启动创新重要方向项目——“月球探测关键科学技术研究”。

“从开始论证探月工程时,我们就很注重其科学性,注重科学与技术并用。因此,每一次任务都会提出两组目标:工程目标和科学目标。”2013年嫦娥三号发射时,欧阳自远接受《中国科学报》采访时曾说。

以科学目标牵引整个工程,已成为探月工程的一项传统。正在进行的嫦娥五号任务中,中国科学院牵头论证提出了嫦娥五号的两大科学目标,包括开展着陆点区域形貌探测和地质背景勘察,获取与月球样品相关的现场分析数据,建立现场探测数据与实验室分析数据之间的联系;对月球样品进行系统、长期的实验室研究,分析月壤的结构、物理特性、物质组成,深化月球成因和演化历史的研究等。

从绕月到着陆:举全院之力提供支撑

科学目标也依赖着工程技术手段。探月工程实施以来,中国科学院各研究所和衷共济,为地面应用系统、有效载荷、工程配套载荷和关重件的研制和运行提供了全方位、强有力的技术保障。

中国科学院国家天文台承担的地面应用系统是“嫦娥”的“大本营”,肩负制订科学探测计划和有效载荷运行计划的任务。在嫦娥一号、二号任务中,地面应用系统分为有效载荷运行管理、探测数据接收、数据预处理、数据管理、科学应用与研究等5个分系统进行工作。嫦娥三号任务新增了遥科学探测、通信与网络2个分系统,并新建了遥科学探测实验室。

在有效载荷的研制中,中国科学院也是当之无愧的主力队员。例如,嫦娥三号的8个有效载荷中有7个都由该院相关院所研制:国家天文台研制的月基光学望远镜,开创了国际上首次在月面开展天文研究的新领域;长春光学精密机械与物理研究所研制的极紫外相机,首次实现了国际上在月面对地球等离子体层进行观测;原电子学研究所(现为空天信息创新研究院)研制的测月雷达,集合其他成果在国际上首次建立集形貌、成分、结构于一体的综合性观测剖面……

嫦娥五号任务中,科研人员在嫦娥四号有效载荷基础上升级了能“看”透次表层的“月壤结构探测仪”、类似“人眼”的全景相机、多种关键材料……为嫦娥五号的探测取样保驾护航。

此外,由中国科学院上海天文台牵头的甚长基线干涉测量(VLBI)测轨分系统多次完成卫星测定轨任务。对“嫦娥”来说,VLBI测轨分系统就像“高精度定轨的刻度尺”或“高精度定位的游标卡尺”,使其知道飞行位置、后续飞行线路;着陆之后,它还能精确标记出每一次转身和前进的步伐,为“嫦娥”提供导航信息。

从探测到研究:瞄准未来科学前沿

从13年前的绕月“远观”到“近距离接触”,再到采样返回,中国科学院对嫦娥工程的贡献很多,但始终不忘初心。

“中国为什么要探月”“探月有什么用”……自从提出中国月球探测计划时,欧阳自远就开始面对这样的问题。“月球可以让我们了解整个太阳系的天体,如果认真解剖它就可以推演到其他天体,是一个很重要的基础。”2019年,欧阳自远在回顾中国探月工程和深空探测走过的不凡之路时又一次强调探月的科学意义。

前4次的探月,科学家们已经收获颇丰。嫦娥一号获得我国首次月球探测工程的第一幅月面图像;嫦娥二号获得7米分辨率全月球影像图,并在距地球约700万公里远的深空与图塔蒂斯小行星交会,获取小行星高清晰图像——嫦娥一号、二号取得的多项成果为探月工程取得“开门红”。

之后,嫦娥三号、四号揭开了月球上越来越多的“隐秘角落”。依靠嫦娥三号的探测数据,研究者解释了行星演化历史,为月表地质单元地质年龄的判定等科学问题的研究提供了重要信息;获得了探测点的精确物质成分信息,并发现了一种新的岩石类型,其具有极高铁、高钙、中钛、贫硅等特性。这些研究发表了多篇高水平论文。

特别是2019年嫦娥四号任务实施后不久,中国科学院国家天文台研究员李春来带领的团队先后在《科学进展》《自然》上发表论文,利用测月雷达及就位光谱探测数据,揭示了月球背面着陆区域地下40米深度内的地质分层结构,证明了月球背面南极—艾特肯盆地存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质,对了解撞击过程对月表的改造及解答有关月幔物质组成的问题具有重要意义。

如今,在由中国科学院国家天文台建设的国家首个“月球样品实验室”中,科研人员正在解封和处理嫦娥五号任务月球样品。为避免月球样品受到地球大气、水等环境污染,实验室已具备“地外样品”存储、处理和分析的能力。科学家期待,借助这些最年轻的月球返回样品,在月球火山活动和演化历史研究等方面取得原创性科学成果。

“俱怀逸兴壮思飞,欲上青天揽明月。”中国科学院人的“嫦娥”故事仍在继续,飞天逐梦的路途上,他们步履铿锵、矢志不渝。

《中国科学报》 (2020-12-31 第1版 要闻)
 
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