國博展出的除了月壤，還有這些探月“好搭檔”

嫦娥五號(hào)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(shè)計(jì)？還展出了哪些相關(guān)物品？記者帶你去現(xiàn)場。

撰文/記者 何從 新媒體編輯/陳炫之

中國古人認(rèn)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(jìn)步，人們已經(jīng)了解到，月球上只有一片冷清和荒涼。即便如此，大家對(duì)月球依舊有著強(qiáng)大的好奇心，排除萬難也要步步向它靠近?，F(xiàn)在中國人實(shí)現(xiàn)了真正的“嫦娥奔月”，甚至帶回了月球“土特產(chǎn)”。

2004年，中國做出實(shí)施探月工程的重大戰(zhàn)略決策，確立了繞月探測(cè)、落月探測(cè)和月球采樣返回探測(cè)的三步走規(guī)劃。17年來，中國探月工程成功完成6次發(fā)射任務(wù)。2020年12月17日，嫦娥五號(hào)返回艙安全著陸，帶回了1731克月球樣品，首次實(shí)現(xiàn)了我國地外天體采樣返回。嫦娥五號(hào)取回的月球樣本中，有100克入藏國家博物館進(jìn)行公開展覽，讓民眾能夠近距離觀看月球土壤真實(shí)樣本，引領(lǐng)廣大觀眾深入了解，以探月工程為代表的中國科技創(chuàng)新重大成果。

此次展出包括月球樣品001號(hào)在內(nèi)的，探月工程相關(guān)科技實(shí)物40余件，輔以大量圖片資料、動(dòng)態(tài)圖片和視頻資料，系統(tǒng)回顧中國探月工程取得的輝煌成就，全面展示中國人民實(shí)現(xiàn)“上九天攬?jiān)隆眽?mèng)想的偉大奮斗歷程。月球樣品在國家博物館展出后，未來還將赴全國各地巡展，屆時(shí)全國各地民眾，都可以近距離一睹月壤風(fēng)采。

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裝滿100克月壤的“水晶尊”

展廳里，水晶容器中的月球樣品在燈光下熠熠生輝。月壤容器材質(zhì)為人造水晶，整體造型借鑒自國博館藏的系列青銅“尊”造型，整體外部造型高38.44厘米，象征地球與月亮間的平均間距384400公里；整體外部造型寬22.89厘米，象征嫦娥五號(hào)自發(fā)射到返回的任務(wù)時(shí)長22.89天，從多維度展現(xiàn)了中國探月工程的輝煌成果。

100克月壤儲(chǔ)存在容器中心部位的空心夾層球體造型之中，通過填滿其中，得以呈現(xiàn)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，象征華夏大地對(duì)月亮的長久情意；容器內(nèi)的“地球”與“月球”相隔9.9厘米，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(hào)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(hào)探測(cè)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(dá)到3.3噸，由2065個(gè)零件組裝而成；軌道器長13.8米，重量約2噸，由1000個(gè)零件組裝而成。

與嫦娥一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)、四號(hào)相比，嫦娥五號(hào)探測(cè)器的技術(shù)跨度大、結(jié)構(gòu)也更為復(fù)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(gè)都是單獨(dú)的個(gè)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(gòu)成了一個(gè)完整的嫦娥五號(hào)探測(cè)器。

▲嫦娥五號(hào)探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖

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嫦娥五號(hào)返回艙和降落傘原件

展覽現(xiàn)場還展示了嫦娥五號(hào)的返回艙和降落傘的原件。嫦娥五號(hào)返回艙直徑約1.3米，高約1.4米，重約0.26噸。是嫦娥五號(hào)探測(cè)器系統(tǒng)中，唯一回到地球的部分。2020年12月17日凌晨，嫦娥五號(hào)返回器攜帶月球樣品，采用半彈道跳躍方式再入返回，在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域安全著陸。

嫦娥五號(hào)返回器采用球冠鐘形體構(gòu)型，頂部有兩片穩(wěn)定翼，確保返回器擁有唯一穩(wěn)定配平點(diǎn)，即便遭遇動(dòng)力失效或者姿態(tài)失穩(wěn)等故障，也能自動(dòng)恢復(fù)至預(yù)設(shè)姿態(tài)，飛回著陸場。此外，返回器還配置有12臺(tái)RCS姿控發(fā)動(dòng)機(jī)輔助配平，及時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)整控制質(zhì)心，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)返回器的精確操控。

嫦娥五號(hào)返回艙的降落傘，掛起時(shí)高度約4米，材質(zhì)為錦絲綢。降落傘分減速傘和主傘兩級(jí)。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(huì)先打開，穩(wěn)定降落姿態(tài)，為主傘創(chuàng)造良好的開傘條件。此后，減速傘分離時(shí)拉出主傘，使返回器以13米每秒甚至不大于13米每秒的速度安全降落。

降落傘對(duì)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(jīng)過特殊處理的降落傘材質(zhì)不僅輕薄，而且經(jīng)過了特殊的耐熱處理。此外，降落傘并不是密不透風(fēng)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(wěn)定。

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嫦娥五號(hào)探測(cè)器取樣裝置

2020年12月2日22時(shí)，經(jīng)過約19小時(shí)月面工作，嫦娥五號(hào)探測(cè)器利用取樣裝置，順利完成月球表面自動(dòng)采樣，并已按預(yù)定形式，將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。嫦娥五號(hào)探測(cè)器采樣任務(wù)采用表鉆結(jié)合，多點(diǎn)采樣的方式，設(shè)計(jì)了鉆具鉆取和機(jī)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巖石樣品，在無人條件下進(jìn)行“打包”，并保證樣品在返回地球的過程中，不能有任何污染？利用的就是這3個(gè)像“保溫杯”的，月球樣品密封裝置系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由主體框架、密封容器組件、蓋體組件和開合機(jī)構(gòu)組件組成，鏤空的主體框架上分布著用于轉(zhuǎn)移的棘齒和導(dǎo)向條，裝置采用了鈦合金和鋁合金，來保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，同時(shí)最大限度地減輕了重量

月球樣品密封裝置經(jīng)歷了嫦娥五號(hào)的全任務(wù)流程，最終將采集到的月球樣品，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(tǒng)，運(yùn)行先預(yù)先設(shè)定好的指令，首先解除蓋體鎖定，將裝置容器口完全敞開，方便鉆取及表取的月球樣品的承接，待所有樣品裝入容器后，將蓋體鎖緊的同時(shí)進(jìn)行高真空密封。

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嫦娥五號(hào)任務(wù)月面展示國旗

嫦娥五號(hào)任務(wù)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(xué)研制。針對(duì)月面高低溫交變、真空及輻射等特殊環(huán)境要求，以國內(nèi)高性能芳綸纖維材料為主，采用先進(jìn)的嵌入式復(fù)合紡紗和面料加工技術(shù)，發(fā)明了國旗表面色彩構(gòu)建，及耐紫外輻照等多項(xiàng)后整理技術(shù)，既能滿足材質(zhì)強(qiáng)度要求，又能滿足染色性能要求，還能保證國旗卷起時(shí)，在正負(fù)150攝氏度溫差環(huán)境下不會(huì)粘連在一起。

▲嫦娥五號(hào)在月表升國旗模擬畫面

已有那么多月球樣本，我們還采集干嘛？

此前，美國通過多次載人登月活動(dòng)，帶回約380千克月壤和月巖樣品，蘇聯(lián)在20世紀(jì)70年代，分三次共取得約300克月壤樣品。那么，我們還需要“大費(fèi)周章”采樣回來嗎？答案是肯定的。因?yàn)閷?duì)于月球研究來說，這些樣品的多樣性還不夠。

“美國的月壤和月巖樣品采自6個(gè)登月點(diǎn)，蘇聯(lián)的樣品采自3個(gè)登月點(diǎn)，但月球的面積有3800萬平方千米，相當(dāng)于中國陸地面積的4倍，僅這幾個(gè)點(diǎn)的樣品是無法代表月球全貌的。”中科院國家天文臺(tái)研究員鄭永春說，此次嫦娥五號(hào)選取的采樣點(diǎn)，距離美國“阿波羅”號(hào)的采樣點(diǎn)和蘇聯(lián)的采樣點(diǎn)非常遠(yuǎn)，有不一樣的地質(zhì)背景。

▲嫦娥五號(hào)在月球取樣模擬畫面

據(jù)悉，“阿波羅”號(hào)的采樣點(diǎn)在月球赤道兩側(cè)中低緯度地區(qū)，被稱為阿波羅帶，蘇聯(lián)采樣點(diǎn)在月球正面的東側(cè)。而嫦娥五號(hào)的著陸點(diǎn)在月球正面的西北部，這里是月球最大的月海—風(fēng)暴洋，此前人類的探測(cè)器從未在此著陸過。

此外，除了與之前的采樣點(diǎn)相距遙遠(yuǎn)之外，嫦娥五號(hào)采樣點(diǎn)的火山活動(dòng)更為年輕，可以研究月球內(nèi)部能量的衰竭，更加全面地了解月球地質(zhì)演化歷史。這也意味著，嫦娥五號(hào)月球樣品很可能取得不一樣的結(jié)果，有獨(dú)特的科研價(jià)值。

▲月球土壤樣本放大圖片

與地球土壤富含微生物和有機(jī)養(yǎng)分不同，月壤不含任何有機(jī)養(yǎng)分，而且非常干燥，所以不能種菜...但是研究月壤樣品，可以幫助我們認(rèn)識(shí)月球目前的狀態(tài)，進(jìn)一步揭開月球的各種謎團(tuán)。同時(shí)，月壤樣品的研究也可以為后續(xù)月球科研站建設(shè)提供幫助，甚至對(duì)人類登月計(jì)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，并不僅僅在于科學(xué)研究?！澳軌蛉』卦氯肋@件事本身，就是一個(gè)國家科技能力的最好體現(xiàn)。我們有近2000克樣品，可充分用于研究、科普和教育工作。”

借助0.5克月壤開啟探月工程

1978年，中美建交，時(shí)任美國總統(tǒng)卡特送給中國，一塊1克重的月球巖石樣品，國家決定將其一分為二，一半向公眾展出，一半用于科研。中國月球探測(cè)工程首任首席科學(xué)家歐陽自遠(yuǎn)回憶說，當(dāng)年把樣品取回來后看到，這是一塊裝在有機(jī)玻璃里面的小石頭，美國人在上面做了一個(gè)放大鏡，用放大鏡看像大拇指一樣大，實(shí)際上只有黃豆大小。

▲北京天文館藏0.5克月球樣品

▲歐陽自遠(yuǎn)在進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究

借助這一小塊月壤，中國開啟了向太陽系星辰大海的挺進(jìn)。歐陽自遠(yuǎn)和科研團(tuán)隊(duì)通過4個(gè)多月研究，發(fā)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(duì)這些成果贊嘆不已：“我們什么都沒說，你全知道了?！比缃瘢弦惠吙茖W(xué)家的夢(mèng)想，有一塊中國自己采回來的月壤已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。未來中國的行星探測(cè)計(jì)劃將向著月球、火星乃至更遙遠(yuǎn)的深空邁進(jìn)。

▲本次展覽展出的中國首輛火星車模型

出品：科普中央廚房

監(jiān)制：北京科技報(bào) | 科學(xué)加客戶端

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