去月球挖土有多難？從50年前的蘇聯(lián)月球采樣活動(dòng)說起......
最早嘗試月球探測(cè)的是美國空軍
1958年8月到12日，美國共發(fā)射了四個(gè)先驅(qū)者號(hào)探測(cè)器。
第一個(gè)探測(cè)器在發(fā)射到16千米高時(shí)，運(yùn)載火箭發(fā)生爆炸，探測(cè)器也粉身碎骨。嘗試遭到徹底失敗。
后來發(fā)射的另外３個(gè)探測(cè)器都達(dá)到了相當(dāng)?shù)母叨?，例?0月11日發(fā)射的先驅(qū)者2號(hào)，已經(jīng)達(dá)到距地球近11萬4千公里的高度。
先驅(qū)者2號(hào)月球探測(cè)器
蘇聯(lián)的月球探測(cè)嘗試比美國成功得多
月球1號(hào)探測(cè)器
月球3號(hào)探測(cè)器
月球3號(hào)拍攝的月球背面照片
美國開始時(shí)運(yùn)氣一直不佳
20世紀(jì)60年代初，蘇美太空競(jìng)賽的一個(gè)重要項(xiàng)目是實(shí)現(xiàn)探測(cè)器在月球表面軟著陸。
1961年到1962年，美國發(fā)射了5顆新的徘徊者號(hào)探測(cè)器
經(jīng)過大量的改進(jìn)，并進(jìn)一步提高可靠性之后，1964年1月30日發(fā)射的徘徊者6號(hào)在開始階段取得了很大成功。
徘徊者７號(hào)及拍攝的月面照片
在月面上軟著陸也是蘇美競(jìng)賽的重要內(nèi)容
從1963年開始，蘇聯(lián)嘗試發(fā)射了10個(gè)探測(cè)器，都沒有獲得成功。
1966年1月31日，蘇聯(lián)發(fā)射的月球９號(hào)終于首次在月面上實(shí)現(xiàn)軟著陸。
月球9號(hào)探測(cè)器
它的著陸方式很獨(dú)特：在火箭充分降低飛行速度后，月球９號(hào)開始登陸。當(dāng)撞桿觸地時(shí)，儀器艙即分離開。為了保證它呈預(yù)定的姿態(tài)，以便攝像機(jī)等正常工作，它的底部很重，在滾動(dòng)的過程中，這個(gè)儀器艙類似于一個(gè)不倒翁，可以使之呈直立姿態(tài)。
月球9號(hào)著陸器
在4天的工作壽命期間，月球９號(hào)探測(cè)器發(fā)回大量關(guān)于月球的資料，包括著陸周圍的全景圖。
月球9號(hào)拍攝的月面照片
1966年3月31日發(fā)射的月球10號(hào)成為第一個(gè)人造月球衛(wèi)星。它重1600千克，運(yùn)行在350×1017公里的軌道上，對(duì)月球及周圍環(huán)境進(jìn)行了長時(shí)間的觀測(cè)，獲得了大量寶貴的科學(xué)資料。
這兩個(gè)探測(cè)器為蘇聯(lián)的再一次領(lǐng)先立下了功勞。
20世紀(jì)60年代美國宇航局最主要的任務(wù)的實(shí)施阿波羅登月計(jì)劃。
蘇聯(lián)也曾經(jīng)實(shí)施過登月計(jì)劃，但由于登月火箭N-1研制過程中遇到重重困難，難以趕上美國的步伐。因此，蘇聯(lián)計(jì)劃研制自動(dòng)月球采樣飛行器，希望趕在美國阿波羅11號(hào)登月前自動(dòng)取回月球樣品。
為此，蘇聯(lián)在月球系列探測(cè)器中，研制了第三代月球探測(cè)器。由于探測(cè)器質(zhì)量較大，因此采用大型運(yùn)載火箭質(zhì)子-K號(hào)發(fā)射。
質(zhì)子-K運(yùn)載火箭
蘇聯(lián)發(fā)射衛(wèi)星等航天器都有一個(gè)命名規(guī)則：航天發(fā)射成功后才有一個(gè)正式命名。
我們看到月球探測(cè)器1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)以及9號(hào)等，實(shí)際上都是發(fā)射后才得到這些名稱的。如果發(fā)射失敗，一般就不正式命名了，而是以代號(hào)來稱呼或編入宇宙系列航天器之中。這一策略使人們感覺蘇聯(lián)發(fā)射航天器的成功率很高。
質(zhì)子號(hào)火箭是20世紀(jì)60年代中期研制的大型運(yùn)載火箭，曾廣泛用于空間站、大型月球探測(cè)器及火箭探測(cè)器的發(fā)射。
由于研制初期問題很多，因此發(fā)射的月球采樣探測(cè)器曾遭遇一系列失敗。
月球15號(hào)探測(cè)器
1969年9月23日，蘇聯(lián)發(fā)射宇宙300，也是一顆月球采樣探測(cè)器。同樣由于運(yùn)載火箭上面級(jí)問題，該探測(cè)器只進(jìn)入了低地球軌道，未能飛向月球。
1969年10月22日，蘇聯(lián)發(fā)射宇宙305探測(cè)器，也只是進(jìn)入了低地球軌道。
1970年2月6日，蘇聯(lián)第五次發(fā)射月球采樣探測(cè)器（內(nèi)部編號(hào)E-8-5No.405），還是由于火箭發(fā)射故障，探測(cè)器連地球軌道都未能進(jìn)入。
直到1970年9月12日，蘇聯(lián)第六次嘗試發(fā)射采樣探測(cè)器，才首次取得成功，月球16號(hào)終于到達(dá)月球并取回101克月球土壤樣品。
月球16號(hào)采樣探測(cè)器
此時(shí)，美國已經(jīng)兩次登月成功，取回的月球巖石和土壤樣品56千克，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過蘇聯(lián)月球16號(hào)取回的樣品。
月球16號(hào)取得的成就仍然值得稱贊，它是人類首個(gè)在月球上自動(dòng)采樣并返回地球的探測(cè)器。
整個(gè)探測(cè)器高約4米，底部直徑約4米，發(fā)射質(zhì)量約5800千克。探測(cè)器由下降級(jí)與上升級(jí)組成。
上升級(jí)位于探測(cè)器上部，負(fù)責(zé)把裝有月球樣品的返回艙送回地球。
月球16號(hào)軟著陸和采樣返回過程如下：
發(fā)射進(jìn)入地球軌道：
月球16號(hào)于1970年9月12日由質(zhì)子-K號(hào)火箭發(fā)射升空，首先進(jìn)入遠(yuǎn)地點(diǎn)241千米、近地點(diǎn)185千米、傾角51.5°的近地軌道。
地月轉(zhuǎn)移飛行：
月球16號(hào)進(jìn)入地球軌道70分鐘后，開始向月球方向加速并達(dá)到第二宇宙速度。慣性飛行1天后，探測(cè)器主發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火6.4秒，完成常規(guī)航向校正。
進(jìn)入月球軌道：
9月17日，月球16號(hào)啟動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)，進(jìn)入高110千米、傾角70°的初始月球圓軌道。
9月18日和19日，探測(cè)器進(jìn)行了2次軌道機(jī)動(dòng)：首先，月球16號(hào)轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)月點(diǎn)110千米、近月點(diǎn)15千米的橢圓軌道；然后，將探測(cè)器軌道調(diào)整到傾角61°、遠(yuǎn)月點(diǎn)106千米的月球環(huán)繞軌道。
月球軟著陸：
月球16號(hào)在9月20日接近近月點(diǎn)，制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)6分鐘后關(guān)閉，下降級(jí)在高度2米時(shí)，以每秒2.4米的速度在月面實(shí)現(xiàn)軟著陸，著陸點(diǎn)位于月球南緯0°41'、東經(jīng)56°18'的富海東北部區(qū)域。
月面采樣操作：
月球16著陸后約1小時(shí)，自動(dòng)鉆孔機(jī)開始鉆入月球表面提取月壤樣品，樣品質(zhì)量為101克。7分鐘后，鉆孔機(jī)在距月表35厘米處停止。接著，儀器被收回，樣品被封裝于返回艙內(nèi)。
月球16號(hào)采樣示意圖
月面起飛：
在月面停留26小時(shí)25分后，9月21日07:43，月球16號(hào)上升級(jí)以下降級(jí)為平臺(tái)從月面起飛，開始為期3天的返回地球的旅程。
返回地球并降落：
9月24日05:25，月球16號(hào)采樣探測(cè)器返回艙在哈薩克斯坦杰茲卡茲甘東南80千米處打開降落傘，08:25返回艙安全著陸。
月球16號(hào)返回艙示意圖
月球16號(hào)自動(dòng)采樣取得成功，引起世界廣泛關(guān)注。采集的樣品也成為收藏者競(jìng)相收藏的寶貝。1993年，月球16號(hào)采集的大約0.2克的月球樣品在蘇富比拍賣行拍出44.24萬美元的高價(jià)值。
1976年8月9日，蘇聯(lián)發(fā)射月球24號(hào)成功完成了自動(dòng)采樣任務(wù)，它降落在此前未曾涉足的月球危海區(qū)域，降落點(diǎn)為北緯12°15’、東經(jīng)62°12’。
月球24號(hào)模型
月球24號(hào)與月球16號(hào)和20號(hào)不同，它采集的是月球表面深度為2米的樣品，共計(jì)170克。
月球24號(hào)采樣探測(cè)器
月球24號(hào)上升級(jí)月球起飛示意圖
月球24號(hào)返回艙再入大氣層
總計(jì)蘇聯(lián)共發(fā)射了11顆月球自動(dòng)采樣探測(cè)器，只有3顆取得了成功，共采集月球土壤樣品326克。
月球24號(hào)返回艙
8次失敗中有5次是因?yàn)檫\(yùn)載火箭故障，有2次是因?yàn)樘綔y(cè)器故障未能實(shí)現(xiàn)在月面軟著陸，有1次是探測(cè)器（月球23號(hào)）到達(dá)月面后傾覆，無法執(zhí)行采樣任務(wù)。
月球24號(hào)取回的月壤樣品
月球16號(hào)等3個(gè)自動(dòng)采樣探測(cè)器取得的成功，是蘇聯(lián)深空探測(cè)活動(dòng)的重要里程碑事件。
盡管取得的成就無法與美國的阿波羅載人登月計(jì)劃相比，但該計(jì)劃證明蘇聯(lián)完全具備了無人自動(dòng)月球采樣的技術(shù)能力。
無人月球采樣可以少花錢，辦大事，而且不會(huì)危及人的安全。從這個(gè)意義上講，蘇聯(lián)的自動(dòng)月球采樣計(jì)劃是成功的，為人類深入開展月球科學(xué)研究提供了新的方案。
月球24號(hào)取回的月壤樣品
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介
