到外星去“挖土”，真人和機器誰更強

11月17日，長征五號遙五運載火箭和嫦娥五號探測器已垂直轉運至發射區，國人期盼已久的月球採樣大戲已經奏響序曲，即將揭開大幕。

據國家航天局介紹，嫦娥五號任務是中國探月工程第六次任務，計劃實現月面自動採樣返回，是我國航天領域迄今最複雜、難度最大的任務之一。

國際上開展過哪些外星“挖土”的嘗試？有人採集和無人採集哪種方式更好？航天專家向科技日報記者進行了介紹。

裝備越好宇航員採集樣品越豐厚

半個世紀前，美國通過阿波羅計劃，率先從月球帶回了共計381.7千克的月岩樣品。

1969年7月，阿波羅11號飛船降落在月球赤道附近的寧靜之海。完成人類首次登月壯舉的宇航員阿姆斯特朗和奧爾德林，用裝在一根杆子頂端的採樣袋採集土壤，並將裝滿的採樣袋揣在“褲兜”裏，又用鏟子和帶有機械爪的探杆拾取岩石。奧爾德林還抄起鑽桿和錘子，取到了2根巖芯。二人在月球表面待了2小時32分鐘，累計行動了約1公里，直到地面警告他們代謝率過高，才依依不捨地回到飛船上。這次，他們一共得到了21.55千克月球樣品。

阿波羅12號和14號，也降落在月球赤道上，宇航員採集樣品的勁頭越來越足，採回的數量也越來越多。到阿波羅15號任務時，宇航員的裝備“鳥槍換炮”，攜帶了一輛由波音公司研製的月球車，宇航員艾爾文也成為首位在月球上開車的人。交通工具的出現，讓登月宇航員的活動範圍大大增加，阿波羅16號宇航員約翰·楊還飆出了時速11公里的月球紀錄，同時他們採集的樣品相比前幾次任務也成倍增長。

在阿波羅17號飛船上，出現了一名特殊的宇航員，他就是整個阿波羅計劃中唯一一名地質學家施密特。他的加入，將月球“挖土”事業推上了巔峯。如痴如狂的施密特帶着指令長塞爾南奮力挖掘，3次月面活動總計工作了22小時，帶回了總重111千克的741個樣本，其中包括一根深鑽3米取得的巖芯。

無人探測採樣活動五花八門

作為登月競賽中美國的對手，蘇聯由於載人登月計劃受挫，轉而開始了無人月球採樣的探索，併成為該技術途徑的先行者。利用月球16號、20號、24號探測器蘇聯共在月球採集到了300多克樣品。

隨着航天技術發展，人類探索的目標不再侷限於月球，開展了五花八門的無人外星“挖土”活動。

1999年2月，美國發射了星塵號彗星探測器，主要任務是飛往懷爾德2號彗星，在穿過彗尾過程中採集塵埃及氣體樣本，並送回地球。

2004年1月2日，星塵號與懷爾德2號交會，遭到數百萬彗星微粒的撞擊。其間，星塵號伸出一個類似網球拍的“氣凝膠塵埃收集器”，收集彗星的塵埃微粒。全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩介紹，這個全球獨一無二的“氣凝膠塵埃收集器”，由美籍華人科學家鄒哲設計。當粒子撞上氣凝膠時，會立即把自己“埋”在裏面。採集工作完成後，收集器摺疊收入羽毛球狀返回艙，將樣品貯存於容器中，返回地面後，科學家再從中尋找彗星塵埃。

2001年8月，美國起源號探測器升空，飛行4個月後抵達日地拉格朗日1點，並在該位置工作850天，採集了10到20微克太陽風粒子。

起源號上的收集設備非常純淨。龐之浩介紹，起源號看上去像一塊打開的腕錶，採樣返回艙安裝在平台頂部。採樣罐內裝有太陽風粒子採集器陣列和離子集中器，利用中心旋轉機械裝置展開採集器陣列。不過，2004年9月該探測器在返回下降過程中，由於加速度計安裝錯誤，導致主降落傘沒能按程序打開，返回艙以每小時32公里的速度撞到地面而遭到損壞，最終研究人員只收回了部分太陽風粒子。

這並非人類第一次嘗試獲取太陽樣本，實際上從阿波羅11號飛船開始，阿波羅計劃也開展了太陽風成分實驗。龐之浩説，阿波羅任務是利用飛船表面的一塊錫箔，在地月空間收集太陽樣本。不過，科學家很難分辨採到的物質究竟是來自太陽還是錫箔本身。

2003年，日本率先開展了小行星採樣嘗試。是年5月，世界首個小行星採樣返回探測器隼鳥1號發射，於2005年9月飛抵糸川小行星20公里高度軌道。隼鳥1號通過在小行星着陸、吸入飛濺粉塵的方式採集樣品，不過任務期間它出現故障，直到2010年6月才返回地球。雖然任務完成得一波三折，但它仍使日本成為全球首個實現小行星採樣返回的國家，目前已確認探測器在糸川小行星表面獲取了1500粒樣品。

2014年12月，日本發射了更先進的隼鳥2號，對龍宮小行星進行了探測。該探測器的採樣方式是先向小行星發射金屬彈，然後在撞擊坑處着陸，吸收飛濺碎片後迅速飛離。隼鳥2號先後實施了3次採樣，共採到20克以上樣品。其預計在2020年底將樣品送回地球。

最近的一次小行星採樣活動，發生在今年10月20日——美國冥王號探測器使用採樣機械臂末端的採樣器，從貝努小行星表面採集了60克以上的風化層樣品。該探測器計劃在2023年9月將採樣返回艙送回地球。

此外，美國還於今年7月30日發射了毅力號火星探測器，計劃讓其探索火星傑澤羅隕坑並採集樣品。這些樣品將被毅力號保存，在2031年美歐聯合實施的太空任務中帶回地球。

有人採集和無人採集各有千秋

回顧人類的外星“挖土”史可以看出，除了阿波羅計劃採用有人採集方式，其餘的均為無人採集。兩種方式孰優孰劣？人與機器相比，“挖土”哪家強？

龐之浩表示，從採樣數量上看，有人採集無疑佔優。阿波羅計劃共帶回約380千克樣品，相比同時期蘇聯實施的無人採集任務，樣品重量超出上千倍。這些樣品至今都沒有研究完，大部分還封存在實驗室裏。

中國航天科工集團二院研究員楊宇光認為，有人採集更大的優點，是可以在任務中隨機應變，處置不同的情況。

航天器的裝載容量有限，所採集樣品有多大意義，取決於其代表性和特殊性。楊宇光説，例如阿波羅17號任務中，施密特撿到了一塊橙色月球岩石，極為特別。這樣的稀有樣品，只有靠宇航員仔細尋找才能得到，通過無人採樣方式幾乎不可能獲取。

然而，宇航員的參與，使得航天任務的難度和成本大大增加。

楊宇光説，一艘阿波羅飛船重約45噸，而蘇聯的“月球”系列無人採樣探測器重量不足6噸，我國嫦娥五號探測器重8噸多。同時，載人飛行任務對安全性、可靠性，以及生命保障系統等要求很高，這都直接影響着工程規模及成本。

龐之浩進一步解釋説，一艘阿波羅登月飛船比等重黃金貴十多倍，而發射阿波羅飛船所用的土星五號火箭，造價高達5億美元。阿波羅計劃歷時11年，耗資255億美元，為實施該計劃，美國國家航空航天局（NASA）每年預算佔到美國政府總預算的4.5%左右，平均每個美國家庭要負擔400多美元。

而無人採集不僅工程規模較小、成本較低，而且無需考慮生保、補給等問題，任務週期可達數年之久，探測距離也達到數億公里。楊宇光認為，至少在未來十幾年裏，無人採集方式都將是外星“挖土”的主流。

不過，有人採集也不是全無用武之地。楊宇光説，對於一些情況複雜、目的性較強的特殊任務，例如發現一顆很有意思的小行星，要去採集一些特別的樣本，就要依靠人來完成了。這種情況下，付出多一些成本和時間，也是值得的。

到更遠的未來，如果人類在月球建立永久基地，產生了更多科學與工程上的需求，那麼也需要宇航員長期駐紮，開展更大範圍的考察活動。