2018頂尖技術專題 5：中國將實現人類在月球背面的首次登陸
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2017年7月，中國最新、最大型的火箭——長征五號火箭從其最新航天發射場——海南文昌航天發射中心發射，該火箭的官方使命是將試驗通信衛星送入軌道。但這次發射還有另外一個目的：在長征五號火箭承擔最有抱負的科學任務之前，進行最終測試。
測試沒能成功。火箭在起飛後一切正常，但是，火箭飛行的軌跡並不符合預測的路徑，無法進入軌道。
按照原計劃，如果2017年7月的這次發射取得成功，長征五號火箭將在2017年晚些時候再次進行發射，將嫦娥五號月球探測器送入太空。該探測任務所要開展的工作是已被人類擱置了40多年的事情：實現月球區域軟著陸，採集月球樣本，並返回地球。因為火箭發射失敗，這些計劃目前已經暫停，暫停狀態可能要持續到2019年。但是，中國仍然計劃於2018年實現人類在月球背面的首次登陸，以實現中國長期月球計劃的重大進步。
過去10年間，中國發射了一系列月球探測器，每一個探測器都在前一型號的基礎上有所改進，嫦娥五號是中國最新的月球探測器。
「嫦娥月球探測工程一共包括3個階段。」中國地質大學（武漢）的月球科學家肖龍教授於2017年10月在馬里蘭州參加月球探測分析小組的一次會議時說，「第一階段是繞月飛行，第二階段是登陸月球，第三階段是採集月球樣本並返回地球。」
2007年10月發射升空的嫦娥一號是中國的第一個月球探測器。肖龍教授說：「嫦娥一號非常成功。」該次任務提供了多種科學數據，協助編製完成了月球的環球地圖，為將來的月球登陸計劃提供了支持。
嫦娥一號的後備探測器——嫦娥二號月球探測器也在3年之後發射升空。該探測器裝備了更為先進的科學設備，能夠收集更多的月球科學數據。2012年，在完成月球探測任務之後，嫦娥二號月球探測器在推進器的幫助下，飛離月球軌道，並飛躍了近地小行星圖塔蒂斯。
2013年12月，隨著嫦娥三號成功登陸月球，中國的探月工程進入第二階段。這使中國成為了繼美國及蘇聯之後，第三個發射探測器並在月球成功軟著陸的國家。嫦娥三號月球探測器攜帶了一整套科學設備，以及一架小型的「玉兔號」月球車。
在成功登陸的1個多月之後，「玉兔號」月球車發生了故障，不能繼續移動，但幸運的是，月球車依然能夠在原地繼續進行觀測。嫦娥三號月球探測器收集了很多月球數據，中國僅公布了有限的一些數據分析報告，但肖龍教授說，嫦娥三號月球探測器攜帶的探地雷達在探測月球次表層工作中發揮了尤為重要的作用。
隨著探月工程第一及第二階段的成功完成，中國非常希望能夠儘快進行第三階段的任務：採集月球樣本並返回地球。中國國家航天局在2017年7月火箭發射前曾表示，計劃跳過承擔備份著陸任務的嫦娥四號，直接開始實施嫦娥五號月球探測任務。也就是說，嫦娥五號會率先進入月球軌道，之後釋放一個登陸器，該登陸器將著陸於月球近側的西半部大暗區的風暴洋。
登陸器不僅擁有很多科學設備，還配有一個機械臂，能夠抓舉多達2千克的月球岩石和土壤樣本。月球樣本將被放入返回艙，隨返回艙發射進入月球軌道。返回艙將與嫦娥五號月球探測器的軌道器對接，在軌道器的推動下飛離月球軌道並返回地球，最終在內蒙古地區著陸。如果中國的嫦娥五號月球探測器能夠成功的話，將是繼1976年蘇聯月球24號無人探測器之後，人類第一次成功實現月球樣本採集及返回任務。
按照原計劃，如果2017年7月的火箭發射取得成功，另一枚長征五號火箭將於2017年11月把嫦娥五號月球探測器送入太空，兩周之後，即可攜帶月球樣本返回地球。而目前，因為長征五號火箭發射失敗，該樣本採集及返回任務的開展時間尚不能確定。
中國國家航天局秘書長田玉龍於2017年9月在澳大利亞阿德萊德的國際宇航大會上對中國月球探測計划進行了介紹。他說，目前尚不清楚長征五號火箭發射失敗的原因。他確認說，嫦娥五號月球探測計劃將會延期，可能要過一段時間才會重新實施。「我們將會公布更多關於調整後計劃時間表的詳細信息。」他說。
很多密切關注中國太空計劃的專家預測，嫦娥五號月球探測計劃將會延期到2019年。原因是需要花時間調查火箭發射失敗的原因，對存在的問題進行整改也需要很多時間。專家認為，中國在具有足夠信心進行類似於嫦娥五號的月球探測任務之前，將會至少再進行1次火箭發射測試。「在成功進行1～2次火箭發射之後，中國才會發射嫦娥五號月球探測器。這是我的個人猜測。」肖龍教授說。
雖然嫦娥五號月球探測計划出現延期，但這並不意味著中國的探月計劃將會在2018年陷入停頓。嫦娥三號的後備探測器——嫦娥四號仍然有可能會在2018年發射，可以使用未受長征五號火箭發射失敗事故影響的其他型號火箭進行發射。
嫦娥四號與2013年發射的嫦娥三號相似，但也存在一項重大區別：嫦娥四號月球探測器將首次登陸月球背面，這是其他國家都還未嘗試過的。該月球探測器的著陸地點位於地球的視線之外，不能通過無線電與地球進行通信，需要在月球軌道部署一顆專用中繼通信衛星。在中繼通信衛星的幫助下，中國的月球登陸器有望揭開月球背面的神秘面紗。目前人類對月球背面的了解不多，只知道月球背面較為缺乏月海地貌——由黑暗的玄武質岩形成的巨大火山平原，這是月球正面的典型特徵。
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無論嫦娥五號月球探測器何時發射，中國的月球探測計劃都不會以嫦娥五號作為終點。中國不僅研發了各種備用軌道器以及登陸器，針對採樣及返回任務也研發了備用航天器——嫦娥六號月球探測器，將在晚些時候進行發射。
肖龍教授說，嫦娥六號月球探測器有可能會對月球的極地地區進行探測，這是科學家及人類未來登月計劃的制定者都表現出極大興趣的區域。由於月球的軸向傾斜度較小，月球極地附近環形山（包括位於月球背面的巨型「南極-艾托肯盆地」中的環形山）的一些區域一直處在陰影之中。這些地區的溫度極低，水能夠以水冰的形式存在，過去的一些月球探測任務發現了很多強有力的證據，證實在這些環形山中存在冰。未來的載人發射任務可以利用這些水分維持生命，也可以將其分解成為氫氣和氧氣，用作燃料。
即便是嫦娥六號月球探測器著陸於月球的其他地區，或是該探測器未能發射，中國也仍然計劃於21世紀20年代對月球的極地地區進行詳細探測研究。肖龍教授說，中國探月工程的3個階段將通過一系列手段（包括登陸器及採樣返回航天器）對月球的極地地區進行探測及研究。
對月球兩極感興趣的不只有中國。俄羅斯正計劃在2019至2024年間開展一系列的四階段發射任務，包括登陸月球極地地區及採樣返回。美國國家航空航天局也正在研發一款月球車，稱為「資源勘探者號」，旨在確定處於陰影之中的環形山是否存在水冰，並研究開採這些月球水冰的難度有多大。按照當前的計劃，該任務探測器將於本世紀20年代初期進行發射。
中國的長期月球探測計劃還包括載人登月任務，但目前尚未公布更多的詳細信息。「中國的目標是在月球上建立研究基地。」肖龍教授說，時間大約是2025至2050年間。
美國的一位重要月球科學家——布朗大學的詹姆斯?黑德（James Head），對中國的整體月球探測計劃表示支持。「中國的月球探測計劃極為紮實。」黑德說。黑德從阿波羅計劃開始，就一直在參與月球探測任務。
黑德最近到中國進行了參觀訪問，中國對於月球探測的堅定決心給他留下了深刻印象。「中國的探月計劃令人極為激動。」他說，「在過去的歲月中，中國並不擁有重量級的月球及行星科學學術團體，但近10年以來，中國的月球及行星科學正在積極發展。」
在月球探索方面，中國不僅飽含濃厚興趣，也具備雄厚實力，這就為月球探測的國際合作創造了機遇。事實上，中國政府也確實表現出了開放的姿態：嫦娥四號月球探測器的登陸器上，有4件科學設備來自其他國家，分別是德國、荷蘭、沙烏地阿拉伯及瑞典。
但因為美國法律的限制，美國與中國之間的太空合作存在一些複雜的障礙。在過去幾年中，美國國會在審批NASA撥款的法案中附加條款，規定沒有國會事先明確批准，禁止NASA與中國合作。提出這一限制是因為國會中有人擔心，如果NASA與中國合作，將會發生知識產權以及其他方面的安全風險。
黑德說，美國與中國合作開展月球探測計劃能夠獲得不少益處，這些益處要多於任何想像中的安全風險。「我與蘇聯和俄羅斯打了45年交道，我想說，在技術轉讓和國家安全問題上，我們必須非常小心。」他說，「但儘管如此，合作與協作仍會帶來許多好處。」
黑德很有信心地認為，中國及美國最終將在無人及載人登月計劃中實現更為緊密的合作關係。「不強調探月事業的國際合作性，就是對未來不負責任。」詹姆斯?黑德說，「如果月球探測任務中獲得的知識能夠共享，那麼對美中雙方來說都是一件好事情。」
作者：Jeff Foust
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