一件來自月亮的快遞_風聞
星球研究所-星球研究所官方账号-一群国家地理控，专注探索极致世界2022-11-11 09:15
2022年11月8日
第14屆珠海航展如期而至
殲-20、運-20、C919等
各式大型飛行器驚豔亮相
其質量往往達到數十噸、甚至上百噸
（請橫屏觀看，珠海航展航拍，攝影師@盤家燦）
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與此同時
正在現場展出的
還有一件“不起眼”的展品
它的質量僅僅只有0.049克
差不多一粒小麥的重量
但價值卻完全無法估量
因為它是
由我們的嫦娥五號飛越76萬公里
從月亮帶回的一件“快遞”
它就是
月壤
（珠海航展國家航天局展區正在展出的月壤樣品，攝影師@盤家燦，標註@劉志鵬/星球研究所）
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就在2年前
歷經23天的遠征
嫦娥五號載着1731克月球樣品
重返地球
是的
1731克
相當於10個蘋果的重量
但迄今為止再沒有什麼比這
更艱難、更復雜、更光輝的
“快遞”使命了
（長征五號火箭搭載嫦娥五號探測器發射升空，形成一道光束直衝雲霄，攝影師@郭煜坤）
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要知道40年前
美國曾向我們贈送月球樣品
其重量僅為1克
中國科學家需要研究樣品
卻只能分得其中的0.5克
今天
1731克樣品
已經陸續分配給
國內67家科研機構進行科學研究
幫助中國科學家打開全新的星際探索旅程
（國家博物館展出的月球樣品001號，樣品重量為100克，攝影師@張本志）
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而在這背後
實則是一場穿越星際的
偉大接力
01
跨越76萬公里的接力
2020年12月17日
內蒙古四子王旗
荒無人煙的戈壁上
只有料峭的寒風久久迴盪
直到一聲巨響劃破夜空
一個鐘狀的金屬容器
搭乘着巨大的降落傘
回到地表
它渾身黢黑、傷痕累累
彷彿一名出征歸來的英雄
被迅速趕來的人們熱情包圍
（嫦娥五號返回器返回現場，圖片來源@國家航天局）
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為了避免“着涼”
人們甚至還為它貼了
滿滿一身暖寶寶
（最高端的設備，往往只需要最樸素的保暖方式。當時內蒙古夜間温度達到零下三十度，工作人員擔心返回器內剩餘推進劑凍住後不好排出，便為它貼滿暖寶寶用於暫時保暖，攝影師@李淑姮）
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它成功帶回了中國人自行獲取的
1731克月壤
但和它一同出征的“戰友們”
卻再也沒有機會回到地球家鄉
（2020年12月17日，嫦娥五號返回器空運場景，攝影師@崔建平）
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其中就包括
負責月表採樣的着陸器
完成樣品交接的上升器
負責往返運輸的軌道器
它們和護送月壤回到地表的返回器
一起組成了嫦娥五號
共同接力完成了在地、月之間
往返飛越76萬公里的距離
（嫦娥五號結構示意，製圖@李炎&王申雯/星球研究所）
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作為當前中國結構最複雜
體型最大的月球探測器
它高7.2米、重8.2噸
相當於近7輛小轎車的重量
而想要把這樣一個龐然大物送入軌道
必須使用中國最強大的火箭
於是
2020年11月24日凌晨4時30分
長征五號運載火箭
在巨大的轟鳴中騰空而起
一場太空接力正式開啓
（長征五號運載火箭拖着明亮的尾焰劃破夜空，攝影師@陳肖&肖海林）
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36分鐘後
在距離地表300公里的高空
“長五”和“嫦五”就此揮別
（嫦娥五號與長征五號分離示意，視頻來源@紀錄片《我們的征途》）
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而嫦娥五號將繼續它的旅途
經過5天晝夜不停的飛行
長途跋涉38萬公里
最終抵達月球上空
成為一顆繞月飛行的衞星
隨後
這支遠征隊兵分兩路
其中一路是
月表採樣隊
由着陸器和上升器組成
它們在2次減速降軌後
下降到距離月表15公里的上空
緊接着
29台發動機
有序啓動、調整姿態、減速下降
7台着陸****敏感器
實時拍攝、計算分析、避開障礙
能否成功着陸
勝敗在此一舉
（嫦娥五號着陸過程場景示意，製圖@李炎&王申雯/星球研究所）
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終於
14分鐘後
着陸器成功落月！
儘管此時
它的周圍一片沉寂
但38萬公里外的地球上
人們早已歡呼雀躍、激動不已
（嫦娥五號返回器成功降落內蒙古四子王旗時，指揮大廳內眾人鼓掌的畫面，非嫦娥五號着陸月球時現場畫面，此處僅作示意，攝影師@張高翔）
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然而
着陸器的使命並未結束
經過短暫的檢測和休整後
它便立刻揮舞着鑽頭和鏟子
雙管齊下
先用鑽頭深入月面之下鑽取深層樣品
再用鏟子在月面之上鏟取表面樣品
經過19個小時的取樣
珍貴的月壤便被盡數封裝於樣品容器中
（嫦娥五號着陸器採樣示意，製圖@李炎&王申雯/星球研究所）
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而在這之後
它將把任務交給下一位隊員
上升器
自己則永遠留在了月表之上
繼續進行科學探測
這枚上升器
將帶着月球樣品離開月表
但此刻它卻並未立即起飛
而是在靜靜等待
直到十多個小時後
由軌道器和返回器組成的
太空運輸隊
經過它的上方
上升器立即點火、一飛沖天
（嫦娥五號上升器月面起飛示意，製圖@王申雯&李炎/星球研究所）
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它們一大一小、一前一後、一追一趕
距離也從50公里變成100米
50米
10米
5米
0.5米
就在彼此靠近的一刻
後方的“太空運輸隊”
張開“手臂”牢牢抓住上升器
並將樣品攬入自己的“懷抱”
（嫦娥五號交會對接示意，素材來源@國家航天局，標註@王申雯/星球研究所）
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隨後
這支太空運輸隊
將帶着月壤再次飛越38萬公里
回到地球家園
而完成使命的上升器
則將目送它們的背影
墜毀月球、銷聲匿跡
但它們來不及悲傷
5天后
太空運輸隊來到
距離地表5000公里的高空
軌道器的使命也隨之結束
整個任務的最後一棒
將交由返回器獨自完成
（嫦娥五號軌道器與返回器分離示意，視頻來源@紀錄片《飛向月球》第二季）
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可是
當返回器到達
距地表120公里的大氣層邊緣時
飛行速度高達10.6km/s
如果直接一頭扎進大氣層
將產生超過2000℃的高温
極易損壞結構、功虧一簣
因此
在科學家的設計下
這枚返回器
通過一種“打水漂”的方式
兩次進入大氣層
從而將速度降低到可控範圍
（嫦娥五號返回器再入返回示意，製圖@王申雯&李炎/星球研究所）
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最後
文章開頭的一幕上演
歷時23天、飛越76萬公里
這支月球遠征隊
在全世界面前上演了一場
中國航天史上最精彩的星際接力
（請橫屏觀看，嫦娥五號11個飛行階段示意，製圖@王申雯&李炎/星球研究所）
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但這次成功並非偶然
因為從更廣闊的維度上看
這場星際接力
已經持續了17年之久
02
穿越17年的接力
時間回到2003年
當第一位中國航天員楊利偉
在全國人民的關注下
成功進入太空時
中國的月球探測
仍處在近10年的漫長論證中
尚未邁出第一步
直到2004年
“嫦娥工程”終於問世
（嫦娥五號探測器與長征五號火箭組裝現場，畫面中央的中國探月標誌意為“月亮之上”，以中國書法的筆觸勾勒出一輪圓月，一雙腳印踏在其上，象徵着月球探索工程的終極夢想，攝影師@史嘯）
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然而彼時的世界
在經歷了一場轟轟烈烈的太空競賽後
奔向月球的探測器已超過100顆
美國更是早在1969年
便實現了首次載人登月
（人類探月形勢彙總，製圖@王申雯/星球研究所）
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反觀當時的中國
我們沒有足夠強大的火箭
最遠的衞星
距離地表約3.6萬公里
僅僅只有地月平均距離的1/10
（長征三號甲運載火箭，當時已多次成功將人造地球衞星送入高度約為3.6萬公里的地球同步軌道，被譽為“金牌火箭”，但從未發射過月球探測衞星，圖片來源@人民視覺）
▼
我們沒有完善的測控網絡
若無法精準控制衞星飛行
便會“失之毫釐，謬以千里”
（遠望三號測量船，當時我國建成了以西安衞星測控中心為中樞，以10多個固定站台、活動測控站和遠望號測量船為骨幹的航天測控網，但主要用於各類地球衞星及載人航天的測控，大部分距地面不超過4.2萬公里，而月球衞星距地面最遠可達44萬公里，是地球同步軌道衞星地面距離的10倍以上，圖片來源@中國衞星海上測控部）
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我們甚至還沒有
專門設計的月球探測器
一切幾乎從零起步的中國
要如何才能飛躍地月之間的
38萬公里呢？
①
飛！飛越！
沒有足夠強大的火箭
科學家們便設計了一條
獨特的探月軌道
即
先用火箭將衞星送至較低軌道
再找準時機讓衞星多次加速
便能像“甩鏈球”一樣
讓衞星逃離地球引力
向月球飛去
等到被月球引力捕獲後
再利用發動機減速下降
直至到達預定軌道
（嫦娥一號軌道示意，製圖@劉志鵬/星球研究所）
▼
沒有完善的測控網絡
我們便引入原本用於天文觀測的
射電望遠鏡系統
聯合實現38萬公里外的月球測控
（北京密雲50m口徑射電望遠鏡與流星同框，此望遠鏡是為了完成繞月探測任務新建，是當時國內口徑最大的天線系統，攝影師@孫業林）
▼
沒有專門的月球探測器
我們就在地球衞星東方紅三號的基礎上
改造出嫦娥一號
讓它不僅能在
超低温、高輻射的太空環境中
完成長途飛行
還能利用一眾科學探測儀器
對月球進行觀測
（嫦娥一號全月球影像圖，分辨率為120米，是當時世界上已公佈的最為清晰、完整的全月圖，攝影師@嫦娥一號，製圖@陳志浩&王申雯/星球研究所）
▼
就這樣
經過3年多的籌備
2007年11月5日
嫦娥一號從地球出發12天后
不負眾望地成功抵達月球
成為中國第一顆繞月衞星
（2007年10月24日，長征三號甲發射“嫦娥一號”探月衞星，攝影師@崔建平）
▼
自此
嫦娥時代正式開啓
但這還只是第一步
接下來我們還要實現
月表着陸
②
落！降落！
這是世界上精度最高的
全月球影像圖
它精細到最小7米的構造
依然清晰可見
（7m與120m分辨率全月球影像圖局部對比，攝影師@嫦娥一號&嫦娥二號，製圖@王申雯&陳志浩/星球研究所）
▼
它由746幅月球照片拼接合成
而拍攝這些照片的
就是我們的嫦娥二號
與嫦娥一號的“甩鏈球”不同
得益於火箭運力的提升
和更加精準的軌道設計
嫦娥二號能如同“擲標槍”一般
從地球直接飛往月球
（嫦娥二號與一號軌道對比示意，製圖@劉志鵬/星球研究所）
▼
但拍攝全月圖
卻並非它最重要的使命
在抵達月球后
嫦娥二號還將繼續剎車減速
直至月表上空15公里的高度
如此接近月球
為的是盡一切可能
將一片名為“虹灣”的地方
盡收眼底
因為這裏就是
嫦娥三號預定着陸的區域
（嫦娥三號着陸區域示意，其着陸點位於月球虹灣地區。2015年10月5日，國際天文學聯合會（IAU）批准將嫦娥三號探測器着陸點周邊區域命名為“廣寒宮”，附近三個撞擊坑分別命名為“紫微”、“太微”、“天市”，製圖@王申雯/星球研究所）
▼
探路完成的嫦娥二號
頭也不回地飛離月球
但它傳回的信息
讓真正肩負降落使命的嫦娥三號
順利踏上了征途
與一號、二號這些“前輩”相比
它已經不再是一顆衞星
而是由着陸器和月球****車
組成的登月機器人
（嫦娥三號結構示意，製圖@李炎&王申雯/星球研究所）
▼
它的飛行軌道也更加高效
僅用2次剎車
便可以到達虹灣上空
等待着陸月表
（嫦娥三號與二號軌道對比示意，製圖@劉志鵬/星球研究所）
▼
2013年12月14日20時59分52秒
來自地球的着陸指令一經下達
正在繞月飛行的嫦娥三號
便啓動身體下方的發動機
開始減速下降
距離月表3公里
側翼發動機啓動
快速完成姿態調整
距離月表2.4公里
全身的敏感器工作
一邊下降、一邊判斷月表形態
躲避大型障礙物
距離月表100米
發動機反推抵消重力
令探測器懸停16秒
而就在這短暫的16秒裏
探測器必須精確檢測障礙物
尋找出平坦的着陸點
隨後繼續減速下降並躲避障礙物
直到距離月表3米
探測器關閉發動機
自由落體
4條可伸縮的着陸腿
穩穩落在月球表面
這一刻
中國成為了
世界上第三個
自主實現月球軟着陸的國家
（嫦娥三號着陸月面過程示意，製圖@劉志鵬&李炎/星球研究所）
▼
而除了着陸以外
嫦娥三號還將“玉兔”
“帶回”了月球
這是一輛能在月表巡視的月球車
儘管它在前進了100多米後
就因複雜的月面環境影響
無法再繼續移動
但它卻依然頑強地
在月表上工作了972天
遠超預期服役的3個月
（嫦娥三號探測器釋放的月球車“玉兔號”，攝影師@嫦娥三號着陸器，圖片來源@國家航天局）
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最終
在2016年7月的最後一個夜晚
超額完成任務的玉兔號
停止了工作
這隻“看過最多星星的兔子”
和人類做了最後的道別
隨即進入了無盡的沉睡
（“月球車玉兔”的微博永遠停在了2016年7月31日，但直到6年後的今天，卻仍有很多網友每天在這條微博下留言，底圖來源@POCKN，製圖@王申雯/星球研究所）
▼
不過
探索的腳步並未停止
第二隻兔子即將出發
繼續完成未盡的夢想
③
進！前進！
接過使命的
便是玉兔二號
截至2022年7月5日
它已在月球上行進了
1239.88米
更重要的是
它與搭載它的嫦娥四號
不僅彌補了玉兔號的遺憾
還實現了人類歷史上
首次月球背面探測
（月球探測器着陸點分佈，製圖@陳志浩&王申雯/星球研究所）
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為何月背探測如此艱難？
這是因為在“潮汐鎖定”的作用下
月球自轉和公轉週期一致
只有“正面”能朝向地球
這意味着
地球上的人們
永遠無法看到月球的“背面”
也無法與背面的探測器進行通信
（潮汐鎖定示意，兩個天體間的引力相互作用導致天體的旋轉速度變慢，一個天體總是同一面朝向另一天體的情況，製圖@鄭伯容&王申雯/星球研究所）
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為了突破這一難題
中國的科學家們
在地球和月背之間
架起了一座星際橋樑
鵲橋號中繼衞星登場
它運行在一個特殊的軌道上
不僅能同時連接月背和地球
所需的能耗也極少
（鵲橋號中繼衞星原理示意，製圖@劉志鵬&李炎/星球研究所）
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在它的加持下
2019年1月3日
嫦娥四號順利着陸
將人類的足跡擴展到了
遙遠神秘的月球背面
而不到兩年後
嫦娥五號的往返成功
標誌着中國探月五戰五捷
“繞月、落月、返回”
均已完成
一場持續17年的漫長接力
落下帷幕
但這
就是故事的全部了嗎？
03
“看不見”的接力
時間回到2017年7月2號
海南文昌的淇水灣海灘上
匯聚了來自天南海北的遊客
所有人都在等待
等待着夜幕降臨後的一場火箭發射
19時23分23秒
長征五號遙二火箭
成功點火、騰空而起
但僅僅346秒後
火箭卻突然偏離航線、失去控制
隨後一頭墜入太平洋中
星箭俱毀
（2017年7月2日，人羣觀看長征五號遙二火箭發射，攝影師@陳肖&肖海林）
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首發成功的長征五號
在第二次發射時遭遇失利
這讓一路前進的嫦娥工程
也突然按下了暫停鍵
原本打算在同年11月出徵的嫦娥五號
只能等待“胖五”再次準備就緒
而這一等就是三年
（2020年11月24日，嫦娥五號任務發射前的長征五號，由於尺寸碩大，人送外號“胖五”，攝影師@陳肖&肖海林）
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但這就是航天
它從來都是一項系統工程
“嫦娥奔月”也不例外
而在這背後
我們不僅需要一套
運載火箭系統
還需要
組裝、測試、發射火箭的
發射場系統
（海南文昌航天發射場中長征五號火箭垂直轉運畫面，攝影師@宿東）
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研發、製作、調試
探測器平台和科學儀器、設備的
月球探測器系統
時刻測量、控制探測器
並及時處理數據信息的
測控系統和地面應用系統
共計五大系統的輪番接力
（請橫屏觀看，嫦娥五號測控系統分佈，製圖@陳志浩&王申雯/星球研究所）
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而在這項系統工程的背後
我們更需要
一代又一代人的接力
回想2004年
嫦娥工程立項之時
64歲的總指揮欒恩傑
69歲的首席科學家歐陽自遠
75歲的總設計師孫家棟
共同扛起了
嫦娥一號的使命
（2007年11月5日，嫦娥一號成功繞月後，歐陽自遠與孫家棟相擁而泣，旁邊兩位白髮老人分別是欒恩傑和時任探月工程副總設計師的龍樂豪，素材來源@紀錄片《我們的征途》）
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而那一年
畢業10年的張熇[hè]
剛剛投身嫦娥三號的初期研究
一名叫做周承鈺的貴州女孩
還不滿10歲
後來
嫦娥四號成功降落在月球背面
作為任務執行總監的張熇
忍不住潸然淚下
這一年她49歲
（2019年1月3日，嫦娥四號成功落月後，74歲的嫦娥一號衞星總設計師兼總指揮葉培建院士[左一]與嫦娥四號探測器項目執行總監張熇[左二]，兩代“嫦娥人”的手，緊緊地握在了一起，攝影師@新華社記者 金立旺）
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再後來
嫦娥五號成功發射
作為文昌發射場第一位女指揮員
貴州女孩周承鈺
不過剛剛24歲
（2020年11月，周承鈺參加嫦娥五號發射任務，她年紀雖小，卻被同事們親切地稱為“大姐”，攝影師@都鑫鑫）
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而在嫦娥五號歸來時
寒夜中等待的還有一位老人
那是已屆80歲高齡的欒恩傑
他曾親自將嫦娥送上征途
時隔13年
他又親自接嫦娥“回家”
（2020年12月，80歲高齡的中國工程院院士、探月工程總指揮欒恩傑堅持前往內蒙古四子王旗接嫦娥五號回家，攝影師@萬珂）
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今天
當我們仰望月亮
也許並無法看見
嫦娥一號撞月的殘骸
玉兔一號最後的足跡
也無法看到
玉兔二號仍在工作的身影
（2022年11月8日，人們在上海臨港欣賞月全食，圖中為月全食的初虧階段，攝影師@李俊傑）
▼
但我們知道
正是這場偉大的接力
讓我們仰望了千年的月亮上
從此有了廣寒宮
從此有了嫦娥石
也讓我們千百年來的疑問
從此有了回答
（上文中的“嫦娥石”指2022年中秋節前夕，官方發佈中國科學家首次發現月球上的新礦物並命名為“嫦娥石”，下圖為北京萬春亭與月食同框，攝影師@張喬，標註@王申雯/星球研究所）
▼
而未來
這場接力仍將繼續下去
我們的嫦娥六號、七號、八號……
將會接過這份使命再次出征
直至實現載人登月
直至建起月球科研站
直至讓月球真正成為
人類深空探測甚至星際航行的
第一站
最終
我們將一點一點抵達
抵達月球
抵達火星
抵達小行星
抵達木星
抵達太陽系邊際
直至到達更深、更遠
無限深、無限遠的
宇宙
（嫦娥工程時間線圖，製圖@劉志鵬/星球研究所）
▼
本文創作團隊
-星球研究所-
策劃：楨公子
撰文：素描
編輯：王哈勃
設計：王申雯&劉志鵬
圖片：感恩的心 地圖：陳志浩
模型：李炎 審校：李鳳梨&鄭藝
-國家航天局新聞宣傳中心-
策劃：萬珂 王舒穎
編輯：李楠 劉彥
資料：張未 吳珊 張高翔
專家審核
國家航天局探月與航天工程中心 王瓊 研究員
國家航天局探月與航天工程中心 石萌 工程師
【致謝】本文的圖片內容得到了“國家航天局探月與航天工程中心”和“我們的太空”的大力支持，特此感謝。
【主要參考文獻】
[1]中國科學院月球與深空探測總體部.《月球與深空探測》[M].廣州：廣東科技出版社，2014.
[2]張熇.《翱翔九天：從人造衞星到月球探測器》[M].上海科技教育出版社.2013.
[3]北京航天飛行控制中心.《月背征途》[M].北京科學技術出版社.2021.
[4]裴照宇,王瓊,田耀四.嫦娥工程技術發展路線[J].深空探測學報,2015,2(02):99-110.
[5]吳偉仁,劉繼忠,唐玉華,於登雲,於國斌,張哲.中國探月工程[J].深空探測學報,2019,6(05):405-416.
[6]楊維廉,周文豔.嫦娥一號月球探測衞星軌道設計[J].航天器工程,2007(06):16-24+118.
[7]周文豔,楊維廉.嫦娥二號衞星軌道設計[J].航天器工程,2010,19(05):24-28.
[8]孫澤洲,張廷新,張熇,賈陽,張洪華,陳建新,吳學英,申振榮.嫦娥三號探測器的技術設計與成就[J].中國科學:技術科學,2014,44(04):331-343.
[9]吳偉仁, 於登雲, 王赤,等. 嫦娥四號工程的技術突破與科學進展[J]. 中國科學：信息科學, 2020(012):050.
[10]胡浩, 裴照宇, 李春來,等. 無人月球採樣返回工程總體設計——嫦娥五號任務[J]. 中國科學, 2021(011):051.