觀點投書:嫦娥五號攜回月壤後的未來地月關聯

2021-01-03 06:10

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中國官方媒體播放嫦娥五號返回器著陸點現場。(翻攝網路)

中國官方媒體播放嫦娥五號返回器著陸點現場。(翻攝網路)

2020年12月17日嫦娥五號月球探測器 (Chang’e 5 Detector) 經過約23天披星戴月的航天飛行,順利地返回地球,作者謹將這趟旅程整理如下供讀者參閱:

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去程

嫦娥五號月球探測器由軌道器、返回器、著陸器及上升器等數個部分組成,重量8.2噸,於11/24, 04:30在海南文昌,因載重較大,使用中國第一代的重型運載火箭「長征五號」發射升空,經過幾天的飛航,進行了一二及三四助推方向、助推器分離、起飛整流罩、拋整流罩、一二級火箭分離、起飛二級發動機、火箭與嫦娥五號探測器分離、軌道器太陽翼展開等過程,在月球的引力下,嫦娥五號準確地進入了環月軌道,分離開主體上的軌道器和返回器的組合,使其留在環月軌道上,僅讓著陸器和上升器的組合繼續引向月球,於12/01, 23:11 嫦娥五號探測器上段組合體以自主而精確複雜的動作,穩當地著陸在月球正面西北部風暴洋 (Oceanus Frocellarum, 其實不是海洋,而是面積約400萬平方公里的廣闊黑色熔岩平原) 的呂姆克山脈以北夏普月溪附近,這裡未曾有人類來訪過,其岩壤是由火山運動形成的月球最年輕的地質。

(翻攝畫面,作者提供)
嫦娥五號月球探測器由軌道器、返回器、著陸器及上升器等數個部分組成。 (翻攝畫面,作者提供)

自動取樣

在準備工作之後,著陸器即申出了全自動機械臂和大鑽具,開始挖掘月球土壤 (以下簡稱月壤) 的模式,工作包括了表鑽結合、多點採樣、機械臂表取和鑽具深入月表2米鑽取兩手抓,在月晝時100 ゚C的月面高溫下,連續工作了19小時,採取了約2公斤的月壤置入上升器的儲具中,於12/02, 22:00完成月壤採樣任務。

回程

於12/ 03, 23:10 上升器告別了著陸器,從月球上點火起飛,並如期地進入預定的環月軌道,與待命多時的軌道器和返回器組合體通過抱爪式對接技術,於12/06, 05: 42又一次緊密連接在一起了,合體之後,自動地將月壤從上升器轉移到返回器之中,這時上升器已圓滿完成使命,為了避免成為太空垃圾,影響往後各國的月球探測任務,上升器揮別了軌道器和返回器組合體,而回落到月球上,軌道器連同返回器點火機動,攜帶著月壤奔向38萬餘公里遠的地球,飛行速度接近每秒11公里,一般從近地軌道返回的航天器速度大都為每秒8公里,為了降低速度以免高速飛行與大氣磨擦過熱,軌道器在進入大氣層之前脫離組合體,讓返回器先以高速進入大氣層後,借助大氣層提供的上升力躍出大氣層再重回,從而獲得減速,這即是「半彈道跳躍式再入返回技術方案」,就像「打水漂」一般跳躍逐減,返回器繼續下落,並於接近地球1萬米高度時打開降落傘,於12/17, 01:59 著落在內蒙古四子王旗預定的草原上,外界氣溫僅 - 30゚C,終於順利而完美地達成了繞 (環月軌)、落 (月球面)、回 (返地球) 三部曲的工程使命,返回器由直升機運交給航天部門進行後繼處理及研究。

中國發射的「嫦娥」五號探月器(AP)
為了避免成為太空垃圾,影響往後各國的月球探測任務,上升器揮別了軌道器和返回器組合體,而回落到月球上,軌道器連同返回器點火機動,攜帶著月壤奔向38萬餘公里遠的地球。(AP)

嫦娥六次探月出征皆告捷

2007, 10/24嫦娥一號衛星搭乘長征三號火箭升空, 展開了繞月探測,在軌道有效期16個月,2009年3月成功受控撞月,獲取了中國第一幅全月球影像圖。

2010, 10/01嫦娥二號衛星由長征三號丙火箭發射升空,作為先導星,為後繼嫦娥三號探測器的著月,進行多次驗證及拓展試驗。

2013, 12/02 嫦娥三號探測器由長征三號乙火箭發射升空,嫦娥三號包括著陸器和巡視器 (「玉兔一號」月球車) 兩部分,12/14 嫦娥三號在月面虹灣地區著陸,中國繼美、俄之後成為世界第三個在地外天體軟著陸的國家,著陸器繼續工作,玉兔一號自駛了未及200公尺行程因電線短路而停車。

2014, 10/24探月工程三期再入返回飛行試驗器由長征三號丙火箭發射升空, 11/01再入返回飛行試驗器的服務艙與返回器分離,返回器在內蒙古四子王旗預定地區著陸,為嫦娥五號驗證了「打水漂」再入返回關鍵技術,服務艙繼續拓展試驗,完成了環繞地月拉格朗日2點的探測 (Lagrangian Point, 拉格朗日點為一個小物體受到地球和月球的引力相同的點),為嫦娥四號中繼星「鵲橋」在此定點打下了基礎。

2018, 5/21嫦娥四號中繼星「鵲橋」搭乘長征四號丙火箭發射升空,這是世界首顆運行於地月拉格朗日2點的通信衛星,提前部署是為了給嫦娥四號提供中繼通信服務。

2018, 12/08嫦娥四號探測器由長征三號乙火箭發射升空,2019, 1/03嫦娥四號實現了地球裝備首次在月球背面軟著陸,將來完成任務後不再返回地球,其著陸器上裝有降落相機、地形地貌相機、低頻射電頻譜儀及德國的月表中子與輻射劑量儀;玉兔二號月球車上裝有全景相機、測月雷達、可視-近紅外成像光譜儀和瑞典的中性原子探測儀,這些器材所獲得的數據與圖像資訊,可藉由中繼星「鵲橋」傳至地面。月球上的一個晝夜不是24小時,而長達29.53天,大約是農曆的一個月,因月球上沒有空氣,月晝時陽光照射到月球表面,而月夜時則暴露在

2019年1月11日,嫦娥四號著陸器和玉兔二號巡視器正常分離,兩器完成互拍。圖為嫦娥四號所拍攝的玉兔二號。(AP)
2019年1月11日,嫦娥四號著陸器和玉兔二號巡視器正常分離,兩器完成互拍。圖為嫦娥四號所拍攝的玉兔二號。(AP)

-270゚C的宇宙環境中,使得月晝時溫度達到120゚C,而月夜時降至 -170゚C,嫦娥四號必須適應這種變化,在漫漫寒冷月夜將到之前進入休眠,待月晝來臨陽光照暖時再喚醒復工,就這樣連玉兔二號月球車也利用25個月晝 (約700多個地球日),累計自駛了600多公尺,嫦娥四號的著陸器與月球車玉兔二號,仍繼續在月球背面盡職工作著。   

50年前美俄登月競爭與此後美中歐俄印以等國的星空部署

蘇俄自1959至1976年共發射了24個月球探測器,其中有18個完成任務,且有三次探測器共攜回月壤301g,但沒有宇航員登月,其第一位進入太空的宇航員為加加林 (Gagarin),時間在1961年4月,當時震驚了美國,於是展開了阿波羅登月計畫,自阿波羅11號於1969, 7/20阿姆斯壯與艾德林首度登上月球,迄1972, 12/07阿波羅17號發射為止,除阿波羅13號失敗外,美國有六次實體宇航員登月,總共挖取並攜回了300多公斤的月壤,算是戰贏了對蘇俄的這場Space Race,但此後幾乎50年美、俄都不再發射登月裝備了。中國雖晚了數十年,然而下列的新進技術: 破天荒地著陸於月球背面、玉兔二號靠月晝已自駛了兩年、以嶄新的國內外精密器材蒐集資料並中繼傳地、全自動地鑽取月壤並順利攜回、返回航程先快速飛行後再以打水漂的方式減速等,又喚起世界各國對地月關聯的太空部署,這其中存有科技、經濟和軍事等多重誘因。

中國發射的「嫦娥」五號探月器(AP)
中國發射的「嫦娥」五號探月器。(AP)

川普在2018年8月號召成立太空軍 (Space Force),其在軍事戰略上的意義為最高的制高點,若在外太空部署高定向武器,即可攻擊敵方的洲際戰略導彈或太空飛行器,避免或反擊敵方的核武攻擊。在川普提出太空軍的前三個月,中國的嫦娥四號中繼星即開始運轉,四個月後嫦娥四號探測器即著落月球背面,中國官媒報導希望在2020年將無人載具送上火星,在2022年啟動 「小行星探測」計畫,2028年將火星樣本帶回地球,2029年進行木星探測任務,2050年建立一個由機械人操作的月球研究基地,誰會相信其中沒有軍事含量?最近傳出嫦娥四號在月球背面發現艾特肯盆地,直徑達2500公里 (月球的直徑也只有3500公里),深度有13 公里,咸信蘊藏2100萬億噸稀有金屬如釷、鈦,且包括稀土金屬。另太空科技界研究認為月球上蘊藏水分,特別是在太陽照射不到的極地隕坑深處,成為潛在飲用水源,也可以分解為氧和氫,可供呼吸及火箭燃料,因此月球可能作為太空船的停靠站乃至基地。

法國馬克宏也回應川普的Space Force,宣示建立「太空司令部」計畫,其實北大西洋公約組織NATO已設定目標,將太空認定為戰爭的領域,隨著國際間諜衛星、通訊網路攻擊、衛星遙控A1機關槍等軍事或掠殺行動,已越來越多地環繞著地球而運轉,新的軍事力量逐漸聚焦於太空矩陣中,並成為國防重要議題。印度的月球飛船二號,由印度太空研究組織ISRO (India Space Research Organization) 與俄羅斯太空總署RFSA (Russian Federal Space Agency) 耗資約NT 40.24億元共建,2019年7月欲著陸於月球南極未曾來訪處,亟望成為登月第四國,但墬毀於月表而告失敗,以色列的創世紀號月球探測器已在同年2月著陸失敗,俄羅斯準備於2021年載人登陸月球。星空部署進入了戰國群雄的時代,套用兩句毛詞,雪.沁園春: 江山如此多嬌,引無數英雄競折腰;俱往矣,數風流人物,還看今朝。      

*作者為工程專業經理人

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