【嫦娥五號】北京謀太空宏圖 五星紅旗插上月球掀探月巨變
2020年年終的中共中央經濟工作會議上,中國政府為2021年發展重點部署八大任務。這場中共高層官員的工作會議,不僅將「強化國家戰略科技力量」列為下一年經濟發展首要任務,且坦言要通過舉國體制優勢發展高科技,「儘快解決一批『卡脖子』問題」。顯然,在高科技領域的全球競爭中,中國要提高自己的話語權。回看2020年,中國在探月工程、火星探測、衛星導航、載人深潛、量子研究、數據庫技術替代、核聚變技術國際參與以及中微子實驗和晶片製造等領域,均有亮眼表現或國家戰略部署。這些領域的科技研究,對應着怎樣的現實意義?中國的競爭優勢和現實挑戰格局如何?下一步的發展方向又在哪裏?
對中國來說,其面向太空的志向已很明顯。50年前,中共在建政21年之後,成功發射了首顆人造地球衛星「東方紅一號」。作為太空競賽的後來者,2020年被視為中國航天發射「超級模式年」,宇航年度發射次數首次超過40次。
實際上,2020年全球七大激動人心的太空任務中,由中國進行的就有兩項。7月23日,中國已成功將其首次火星探測任務「天問一號」探測器送入預定軌道,邁出了中國行星探測第一步,彼次發射任務也成為中國航天走向深空的重要里程碑。而11月24日在海南文昌航天發射場用長征五號遙五運載火箭成功發射的嫦娥五號任務則是中國迄今為止最為大膽、最具挑戰的月球探測任務。
中國嫦娥五號返回器在內蒙古四子王旗預定區域成功着陸(點擊查看高清大圖)🔑🔑:
中國探月工程嫦娥五號於12月17日攜帶月球樣品返回地球后,北京官宣嫦娥五號完成了一次對接、六次分離,兩種方式採樣、五次樣品轉移,經歷了11個重大階段和關鍵步驟,嫦娥五號任務創造了五項中國首次。嫦娥五號帶回的月壤新樣本預計可以給中國科學家提供理解月球地質、早期歷史的信息,而上一次人類將月球樣本帶回地球還是40多年前的美國和蘇聯探月計劃。
全球七大探月計劃風起雲湧
作為富饒的「礦場」、理想的「太空補給站」,月球對人類有着天然的吸引力。中國的探月計劃引來全球關注,人們再度聚焦中國太空項目發展的同時,實際上多國正紛紛展開着一攬子探月項目,具體來說還有另外六大探月計劃。
12月16日,美國商務部長羅斯(Wilbur Ross)在《太空新聞》雜誌上撰文稱,「西方國家與中國的太空競賽正在加劇,美國必須保持自己的太空優勢」。
美國上一次大規模登月計劃在上世紀六七十年代進行,時以古希臘光明神(羅馬太陽神)阿波羅命名,在古希臘神話中,阿耳忒彌斯和阿波羅是孿生姊弟,系掌管狩獵和生育的月亮女神。2019年7月,美國航天局公布了「阿爾忒彌斯」計劃,提出2024年以前再度實現載人登月,且計劃讓女航天員完成登月,並最終在月球表面建立長期生存基地,以後還將以月球為跳板為最終載人登上火星創造條件。
「阿耳忒彌斯」計劃落點位於月球南極,其原因是月球兩極或存儲約4.5億噸的冰,該推測一旦成真,將成為建立月球基地之後解決人類飲水和能源問題的突破點。
2020年7月,俄羅斯航天局(Roscosmos)提出2021年開啟探月計劃,「月球25」探測器預期在2021年3月完成,並計劃在同年10月1日左右發射。2024年、2025年,「月球26」和「月球27」將在歐洲導航系統引導下在月球着陸,並對月球土壤、表面的岩石和塵埃開展采樣研究。
另外,俄羅斯還準備繼續發射「月球28」和「月球29」,並運送月球車着陸以及採集更多月面標本。有報道顯示俄斯擬在2027年到2028年間向月球發射載人航天飛船。
不甘寂寞的歐洲空間局(ESA)也出台了「月球採礦」計劃。ESA的探月計劃既包含獨立自主研發部分,也有與多國、特別是美國合作的部分,脱歐之後的英國也會在具體項目層面繼續參與到歐洲和美國的太空計劃中去。
歐洲已參與到美國新型大推力火箭的研發製造項目中,並將參與美國的載人登月計劃。與此同時,歐洲也在開發自己的月球登陸器,為最終在月球建立基地並進而探索火星做準備。另外,ESA近期發聲明稱,已與歐洲火箭製造商達成合作協議,將在2025年前開始登月,並謀求最終建立月球基地。ESA計劃開採月球表面的風化層,以期從中提取水和氧氣,就地生產燃料,進而把月球基地當做深空探索的中轉站。
與歐洲類似,日本太空計劃也是基於與各盟國合作和自主開發雙軌式推進。日本與美國已簽署協議,正式加入了美國主導的「阿耳忒彌斯」計劃,並希望最終能送日本「太空人」登月。實際上,日本人野口聰一早前已經成功參與美國宇航計劃,並業已進入國際太空站。
作為雙軌式推進的另一軌,日本宇航研究開發機構(JAXA)也計劃在2022年送無人探測機登月觀測。
印度的「月船」計劃也在進行之中,印度空間研究組織主席西旺2020年1月曾表示,「月船3號」(Chandrayaan-3)探測器登月項目已啟動,各項工作「平穩運行」。從公開報道來看,「月船3號」將在「月船2號」基礎上展開,預計2020年底或2021年發射升空。
同期,印度首個載人航天飛行計劃——「加甘揚」計劃在2022年完成,屆時會將3名印度宇航員送入近地軌道,並在太空停留大約7天。當下,印度空軍已挑選4名男子送往俄羅斯接受訓練。
以色列科技部也已向外界表示,擬於2024年之前發射「創世紀2」(Beresheet 2)登月。這是繼2019年2月以色列首個月球探測器「創世紀」號搭乘美國「獵鷹9」型火箭升空奔月之後(在準備登月數分鐘前,探測器與地面失聯,撞向月表),以色列所發射的第二個月球探測器。
嫦娥五號「攬月歸來」掀國際探月鉅變
中國當代探索外太空較之西方晚了數十年,但現在,中國在2003年實現了第一次載人航天飛行,已是全球第三個實現載人航天的國家;在國際空間站面臨「退役陰影」之際,中國空間站建設正穩步推進,出於多種原因,未來太空將極有可能唯有中國空間站……在此次中國探月工程嫦娥五號任務諸多看點中,此番實現的5個首次是中國太空探索的重大突破。
首次在月球表面自動採樣,在引力只有地球六分之一的月球環境下,中國的着陸器挑戰了如何鑽孔、鏟挖,再順利將月球樣本封裝進上升器;
首次從月面起飛,不同於以往從地面固定發射,嫦娥五號將在月面以着陸器為平台發射上升器,挑戰了導流、散熱、控制等新問題;
首次在38萬公里外的月球軌道進行無人交會對接,上升器發射到月球軌道,與軌道器、返回器組成的組合體交會對接,把採集樣品轉移到返回器後分離,挑戰了高精準度;
首次以接近第二宇宙速度(11.2公里/秒)帶着月壤返回地球,以往的返回艙都是以第一宇宙速度(7.9公里/秒)返回,此次返回速度更高、摩擦更大,對嫦娥五號返回器的氣動外形、防熱材料、姿態控制都是巨大的挑戰;
首次建立了中國月球樣品的存儲、分析和研究系統。
探月工程是中國《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)》明確的國家級科技重大專項標誌性工程,分為「探」、「登」、「駐」三大步,簡單的三個漢字實際上卻是無人探測、載人登月、短期駐紮(建立月球基地)的簡稱,高科技含量極高。
「探」、「登」、「駐」也是實現月球探測最宏觀層面的「三步走」,從世界範圍來看,美國已走完前兩步,蘇聯/俄羅斯已走完第一步,中國和其他有探月實力的國家正在走第一步。
中國探月工程自2004年1月立項並正式啟動以來,已連續成功實施嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號、再入返回飛行試驗和嫦娥四號五次任務。前文所提及「三步走」第一大步的「探」又可分出「繞」、「落」、「回」三小步,其中「繞」,即實現環繞月球探測,已由嫦娥一號實現;「落」,即實現月面軟着陸和自動巡視勘察,業已由嫦娥二號、嫦娥三號、嫦娥四號完成;「回」,即實現無人採樣返回,則將由嫦娥五號、嫦娥六號來實現。
嫦娥五號的發射之所以特別引人關注,在於其標誌着中國探月工程「繞」、「落」、「回」三小步的最後一步即將完成,「探」、「登」、「駐」三大步的第一階段開始收官,而且它此番實現的中國航天史上的5個「首次」,對中國航天人而言是一次大考。
美蘇之間的聯合太空任務始於1975年,基於戒心,白宮長期以來刻意要求其航天部門與中國方面保持距離,除了將中國擋在國際空間站之外,美國國會在2011年還出台了沃爾夫條款,禁止美國國家航空航天局(NASA)與任何中國實體合作,甚至禁止中國遊客進入NASA設施,中國發射的任何衛星上也不被允許含有任何美國部件。
但多年過去後,美國外交家(The Diplomat)網站12月16日發表文章稱,「美國並沒能把中國束縛在地球上」。從官方發佈的消息來看,以嫦娥五號任務成功為起點,中國探月工程四期和行星探測工程將接續實施。《紐約時報》在嫦娥五號的相關新聞中稱,「嫦娥五號的成功凸顯了中國太空計劃的進步,為未來幾十年新一輪太空競賽奠定了基礎。這一次將是對月球資源的爭奪,可能還會推動更深層次的太空探索。」
「從人造衛星,到月球和火星,中國在這些領域中正迅速變成太空超級大國」,美國《時代雜誌》報道引述美國宇航局(NASA)的前高級顧問凱西•勞里尼(Kathy Laurini)的話說,「他們(中國人)設立戰略性,長期性的目標,而且為達到這些目標進行專注的,系統性的努力。」