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嫦娥六号未采满2千克样本!是因为美国月壤密度数据吗?回顾历史全程

2024-07-02 01:05    点击次数:199

嫦娥六号目标采集2千克样本,最后带回来的样品总量却是1935.3克。它的任务真的没达标吗?有人说,是因为美国给的月壤密度虚假,导致我国对采样重量估算错误,真是这样的吗?

嫦娥六号完成任务了吗?

根据此前的消息,我国航天人多次提出,本次嫦娥六号探月任务的目标,就是将2千克的月球样本带回来。5月3日,嫦娥六号探测器带着中国14亿人民的厚望升空,经过53天的漫长旅程,终于在6月25日返回地球,把月球的土特产带回给中国航天人。

6月28日,国家航天局举行了嫦娥六号任务月球样本交接仪式。交接给中国科学院副院长丁赤飚的月球样本,最终定格在了1935.3克,比当初提到的2千克少了六十多克。

我们都知道,中国航天人往往是能够超额完成任务的。比如祝融号火星车,设计寿命是3个火星月(92个地球日),最终却成功在火星上工作了347个火星日。还有玉兔二号月球车,设计寿命只有3个月,但它一直到了2023年初还在工作,达到了设计寿命的16倍!

为什么到了嫦娥六号任务中,采样的数量却没有像当初说得那么多呢?到底跟美国公布的月壤密度有没有关系呢?

这就要详细说说我国探月任务是如何采样的了。

中国如何采样?

我们一直在说,嫦娥六号是嫦娥五号的备份,而嫦娥五号又是我国历史上第一次月表采样任务,所以咱们今天就从嫦娥五号采样的难点说起。

实际上,在实施嫦娥五号任务之前,我国航天人已经多次在地球上进行了实际测试。他们模拟了超过30种不同的月壤,并且做出了1:1还原的着陆器和上升器,在不同的倾斜状态、光照、高温、振动等各种不同的苛刻环境下,模拟采样过程。

一直到嫦娥五号着陆,科研人员还根据它传回来的数据,先在地球上模拟采样,然后再给嫦娥五号传送指令。

实际上,当初嫦娥五号任务中,我国的计划也是采集2千克样本,最后得到了1731克,也是差了一些。

于是,有人提出猜想:我国制定采样计划的时候,参考了美国的月壤密度数据,结果发现实际密度小于美国的数据,导致在采集相同体积的样本的情况下,重量没有达标。

真的是这样吗?

想要回答这个问题,我们先要说明两次采样任务的具体过程。

中国探月如何采样?

和嫦娥五号一样,嫦娥六号采集样本的方法也有两个,分别是钻取和表取。所谓的表取,就是直接在最表面用小铲子铲“土”,另外还会抓取和挖取;而钻取,则是利用钻取工具钻到月表以下,挖到相对更深一点的物质。

毕竟月球表面是没有风的,除非小天体撞击,否则表层物质和表层以下物质可能存在着一定的区别。采集不同深度的样本,可以更多地了解月球。

因此,早在2009年嫦娥五号任务的论证阶段,在哈工大邓宗全教授的主持论证之下,我国确立了月面钻-表复合式采样封装方案。

既然有了任务分工,我们就可以进一步深究:到底是哪个环节出了问题呢?

不论是嫦娥五号还是嫦娥六号,设定的目标都是一样的,那就是表取1500克,钻取500克。目前,嫦娥六号的相关消息还没有流出,我们还是看此前嫦娥五号任务流出的数据。

在当时的任务中,嫦娥五号的表取采样基本上可以说没有任何问题,采集的样本量非常接近1500克,可以说是相当漂亮地完成了既定任务。在钻取采样过程中,嫦娥五号遇到了问题,最终少采集了二百多克样本。而嫦娥六号,遇到的问题基本相同。

钻取采样遇到了什么问题?

据报道,嫦娥五号和嫦娥六号都搭载了2.5米的钻杆,减掉钻具和月面的高度差(也就是着陆器平台的高度),实际最大采样深度差不多是2米。

具体来说,钻杆又分为三层结构,最外面是外钻杆,它可以旋转钻进,也就是插进月壤之中;中间是取芯管,取芯管和外钻杆之间的叫取芯袋。

取芯袋是和外钻杆连接在一起的,外钻杆钻进月壤,取芯袋也就跟着插了进去,月壤就被装进取芯袋内了。这过程,被我国科学家形象地比喻为穿袜子。

这个比喻非常贴切,所以我可以在此基础上进一步比喻:外钻杆插得有多深,就代表袜子有多长。插得太浅,就像是穿了个船袜,只能把脚包裹进去,包裹不住脚腕。

而嫦娥五号和六号采样量没有达到预期数量,就在于外钻杆钻得不够深。倒不是因为我们不想钻下去,而是因为钻下去的过程中,遇到了阻碍——月表以下的岩石过于坚硬,钻不下去了!

钻不动怎么办?

据介绍,嫦娥五号在钻取采样期间,刚钻到0.4米深,阻力就突然增加到345牛,当时我国航天专家都非常紧张。好在经过嫦娥五号的月表穿透雷达分析,他们确定这里都是分散碎石,于是继续钻取。

结果,在月表以下大约1米的时候,阻力达到了549牛。最后的分析结果表明,这里有更大的碎石块堆。我们的钻头还达不到打碎石头的程度,而且打碎石头的过程中产生的高温可能会损毁钻头乃至样本。权衡利弊之后,我国航天人选择了停止钻取采样。

1米的深度,恰好是实际最大采样深度的一半左右,所以钻取采样的量也只有预定的500克的一半左右。加上表取采样的1500克左右,最后得到了1731克样本。

看到这你应该就明白了,嫦娥五号采集样本没有达到既定的2千克,基本上完全可以说是钻取深度没达到预期目标导致的,和所谓的美国月壤密度没关系。而且有了嫦娥五号任务的月球样本,我国在嫦娥六号任务前已经得到了标准的月壤密度数据,何必再看美国的呢?

据介绍,嫦娥六号钻取的时候,也是在月表以下1米左右停止了。正是因为无法钻探到更深处,才让我们的嫦娥六号任务没有采集到2千克月球样本。

你可能要问了:既然钻取采样不达标,咱们在表取过程中多挖几铲不就行了?

也不是没有这样的可能。钻取样本存放的取芯袋被存放在钻取初级密封装置上,而表取样本则会被存放在表取初级密封装置中,后者随后又被放置在密封封装装置中进行封装。

按理说,嫦娥六号钻取深度和嫦娥五号差不多,那么采集回来的样本重量应该也差不多。不过我们注意到,嫦娥六号的表取采样非常顺利,上一次12铲才装满,这一次7铲就只比1500颗少一点点,最后在专家的讨论之下,又多铲了一次。或许正是多铲这一下,补偿了钻取采样的不足。

但探月工程三期副总设计师裴照宇在嫦娥五号任务期间都提到过:2千克的数字只是一个设计值,不可以作为衡量任务的成败标准。所以说,我们的两次采样任务,仍然可以说是圆满成功的。

不只是我国,当初苏联在进行月表采样的时候,也遇到了高密实度月壤或高硬质岩石。当时月球16号钻到0.35米就遇到了困难,月球20号更是在0.27米深处就停止了前进的步伐。

一直到了后来的月球24号,苏联采取了倾斜钻取的方式,钻到了2.25米深,取得了巨大的突破。即便如此,它也经历了多次停钻,最后钻取深度和取样质量都没有达到预期。

很多人看到这里又要说了:怎么美国阿波罗登月没遇到这个问题?这不也是登月造假的证据?

实际上,美国阿波罗15号任务中,也遇到了钻取过程不尽如人意的问题。从这一点来说,美国当初遇到了和我们今天相同的问题,这反而证明了美国载人登月是真的。

另外,美国阿波罗任务中,采集到了月表以下3米的样本,也是因为当时宇航员能够灵活运动,可以凭人力通过拨、撬、挖等不同动作工作。美国采集到这么深的样本,也是证明了载人登月真实性的一个证据。

这也是我国采取月面钻-表复合式采样的原因,毕竟我们需要保证采样数量和质量,不能把鸡蛋全放在同一个篮子里。

不论是嫦娥五号还是嫦娥六号,都只有着陆器和上升器,并没有携带巡视器。这意味着它们只能在一个取样点进行采样,遇到困难也没法换地方重新钻取。

而着陆区的地质结构到底是怎么样的,凭借轨道器遥感探测是无法获取的,只能实际着陆才可以确定。也就是说,人类每一次月表着陆都是陌生的,着陆的位置是否方便钻地,基本上是凭运气,就更需要预防出现无法深挖的情况了。

不过话说回来,和苏联在上世纪70年代3次采样才带回301克月壤相比,我们两次任务带回了3666.3克样本,多了10倍还不止,可以说是相当成功的了。

接下来的嫦娥七号和八号任务,都不会进行采样返回任务了,再往后就是2030年的载人登月,我们的航天员就可以亲自去采样了。到那个时候,相信我们带回来的月球样本,就会更多了。



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