解讀人類首次月球旅行的縱深歷史

歐陽(yáng)自遠(yuǎn)

1969年7月20日，美國(guó)宇航員阿姆斯特朗和奧爾德林乘坐阿波羅11號(hào)飛船實(shí)現(xiàn)了人類首次登上月球的千年之夢(mèng)。阿波羅登月計(jì)劃是人類有史以來(lái)規(guī)模最大、耗資最多的科技工程之一。參加該計(jì)劃的有20 000多家企業(yè)、200多所大學(xué)、80多個(gè)科研機(jī)構(gòu)，參與人數(shù)超過(guò)40萬(wàn)。阿波羅登月計(jì)劃產(chǎn)生了3 000多種新的應(yīng)用技術(shù)，對(duì)航空航天、軍事、通信、材料、醫(yī)療衛(wèi)生、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域造成了巨大的影響。所有這些技術(shù)又轉(zhuǎn)化為民用，帶動(dòng)了整個(gè)工業(yè)的繁榮。據(jù)統(tǒng)計(jì)，包括阿波羅登月計(jì)劃在內(nèi)的美國(guó)宇航局民用航天計(jì)劃短期投入產(chǎn)出比是1：4.5，經(jīng)過(guò)大量技術(shù)轉(zhuǎn)移后的長(zhǎng)期投入產(chǎn)出比則高達(dá)1：14?？梢哉f(shuō)，阿波羅登月計(jì)劃引領(lǐng)了二十世紀(jì)六七十年代幾乎全部高新技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，催生了一大批新興工業(yè)群體的誕生與成長(zhǎng)，具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

阿波羅登月計(jì)劃的實(shí)施以及各國(guó)科學(xué)家對(duì)阿波羅采集月球樣品的研究，大大促進(jìn)了人類對(duì)月球的表面環(huán)境、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、化學(xué)組成與巖石類型、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、資源開(kāi)發(fā)以及地月系統(tǒng)的起源與演化等科學(xué)問(wèn)題的思考，形成了比較全面而系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，對(duì)月球科學(xué)新體系的構(gòu)建起了不可替代的重要作用。

阿波羅登月計(jì)劃首次建立了地球—月球的激光測(cè)距系統(tǒng)，精確測(cè)定地球與月球的距離變化;首次組建了月球的月震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，精確劃分月核、月幔和月殼的深度邊界，并記錄小天體撞擊月球的頻率、位置和能量大小。這項(xiàng)計(jì)劃推動(dòng)了月球科學(xué)、比較行星學(xué)、天體演化學(xué)、空間科學(xué)等多門學(xué)科的快速發(fā)展和深化完善。

阿波羅登月計(jì)劃是一項(xiàng)偉大的壯舉，既涉及領(lǐng)域廣泛，帶來(lái)一系列技術(shù)的突破與創(chuàng)新，乃至管理水平的提高、人才隊(duì)伍的培養(yǎng)，也集中表現(xiàn)了人類敢于探索、不畏艱險(xiǎn)、勇于攀登的科學(xué)精神。

時(shí)光荏苒，半個(gè)世紀(jì)轉(zhuǎn)瞬即逝。50年來(lái)，人們不斷問(wèn)起，人類何時(shí)重返月球？重返月球有何意義？1995年，美國(guó)曾提出面向21世紀(jì)的全新探月計(jì)劃，主要包括：用機(jī)器人對(duì)月球進(jìn)行探測(cè);重新載人登上月球，在月球上建立適于居住的前哨站;建成第一個(gè)具有生命保障系統(tǒng)的受控生態(tài)環(huán)境的月球基地。無(wú)獨(dú)有偶，俄羅斯也曾計(jì)劃在2010年前，發(fā)射系列月球軌道探測(cè)器，建立月球軌道衛(wèi)星站，全面繪制月球圖，精密測(cè)量月球表面的化學(xué)元素分布;在此基礎(chǔ)上，發(fā)射攜帶月球車的系列軟著陸器，探測(cè)月壤中氦-3的資源量，分析月海區(qū)礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用前景，確定適宜開(kāi)采的位置;在2010年后研究月球采礦工藝，建立月球基地。歐洲空間局早在1994年就提出了重返月球的詳細(xì)計(jì)劃，想要逐步建立起月球科學(xué)研究基地。讓人惋惜的是，由于種種原因，這些國(guó)家和組織的宏偉構(gòu)想都未能完全實(shí)現(xiàn)，但無(wú)人月球探測(cè)仍然取得了很大進(jìn)展;而且從第一次月球探測(cè)高潮以來(lái)，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的研制、開(kāi)發(fā)與轉(zhuǎn)化，世界上主要的航天國(guó)家都已建成完整和先進(jìn)的航天技術(shù)工業(yè)和研發(fā)體系，載人航天和空間運(yùn)輸?shù)仍诩夹g(shù)和經(jīng)濟(jì)上都已成熟，月球基地建設(shè)也接近實(shí)用化，因此重返月球建設(shè)基地已屬可行。

近年來(lái)，美國(guó)政府大張旗鼓地宣布載人重返月球的設(shè)想。2017年，特朗普總統(tǒng)簽署行政命令，要求重建美國(guó)國(guó)家航天委員會(huì)，并表示美國(guó)應(yīng)當(dāng)在20年內(nèi)重返月球并在月球軌道上建立空間站。2019年，副總統(tǒng)彭斯進(jìn)一步將重返月球的時(shí)間表大大提前，要求美國(guó)宇航局在2024年前將美國(guó)宇航員再次送上月球。

美國(guó)急于重返月球，有著深刻的空間戰(zhàn)略、科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)背景。月球是距離地球最近的一個(gè)天體，其高真空、弱重力、無(wú)磁場(chǎng)、超潔凈，且運(yùn)行穩(wěn)定、晝夜溫差大。在新的歷史時(shí)期，深入開(kāi)展月球探測(cè)、載人重返月球具有新的動(dòng)力和特殊意義。據(jù)分析，美國(guó)重返月球最主要的原動(dòng)力是月球的重大軍事戰(zhàn)略地位以及蘊(yùn)藏的豐富礦產(chǎn)資源和能源，將為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供資源儲(chǔ)備。當(dāng)然，中國(guó)、俄羅斯、日本等國(guó)也制訂了長(zhǎng)遠(yuǎn)的月球探索計(jì)劃，美國(guó)希望再次走在所有國(guó)家之前。

毫不夸張地說(shuō)，月球是一座寶庫(kù)。僅就能源而言，月球擁有兩種無(wú)與倫比的能源資源——太陽(yáng)能和核聚變發(fā)電的原料氦-3。月球表面沒(méi)有任何大氣活動(dòng)和人類活動(dòng)的影響，其太陽(yáng)能的能量密度比地球表面大而穩(wěn)定?？茖W(xué)家建議由機(jī)器人在月球上利用月球土壤3D打印制成太陽(yáng)能發(fā)電板并沿赤道鋪設(shè)，形成長(zhǎng)11 000 km、寬400 km的“太陽(yáng)能發(fā)電帶”，這樣就永遠(yuǎn)有半條“太陽(yáng)能發(fā)電帶”被太陽(yáng)光輪流照射。月球太陽(yáng)能發(fā)電的電能如何有效傳輸?shù)降厍蛞苍O(shè)計(jì)了方案，相關(guān)的技術(shù)基本成熟。利用月球太陽(yáng)能發(fā)電的夢(mèng)想如果能夠?qū)崿F(xiàn)，那么地球便可永續(xù)發(fā)展，人類的子孫萬(wàn)代再也不需要其他能源。

科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，利用氦的同位素氦-3與氫的同位素氘進(jìn)行核聚變發(fā)電，具有輸入能量低、輸出能量高、環(huán)境更友好、操作更簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。氦-3是太陽(yáng)風(fēng)的組成部分，可以直接注入月球表層的土壤中，由土壤中的微細(xì)顆粒吸附并保存，因而月壤中的氦-3資源極其豐富;由于太陽(yáng)風(fēng)與地球磁場(chǎng)相互作用形成磁層，太陽(yáng)風(fēng)中的氦-3粒子不能到達(dá)地球表層。以美國(guó)阿波羅登月計(jì)劃和蘇聯(lián)探月計(jì)劃的實(shí)測(cè)結(jié)果為參考標(biāo)準(zhǔn)，估計(jì)月壤中氦-3的資源總量可達(dá)100萬(wàn)～500萬(wàn) t。另經(jīng)“嫦娥一號(hào)”微波輻射計(jì)探測(cè)全月球表面的亮度溫度，獲得月球表面土壤層的分布與厚度變化，計(jì)算出月壤中氦-3的資源總量為103萬(wàn)～129萬(wàn) t。只要運(yùn)回8t左右的氦-3，核聚變發(fā)電所產(chǎn)生的電能就相當(dāng)于中國(guó)一年的能源消耗量。全世界每年能源消耗所需要的氦-3用量約為100 t，月球上的氦-3資源至少可以解決全人類未來(lái)上萬(wàn)年的能源需求。

月球還有其他類型的寶貴資源，比如稀有金屬資源和特殊環(huán)境資源等。未來(lái)深入開(kāi)展月球探測(cè)將包括：月球能源資源的分布與利用;月球礦產(chǎn)資源的分布與利用;月球特殊空間環(huán)境資源的開(kāi)發(fā)與利用;建設(shè)月基天文臺(tái)、特殊生物制品和特種新型材料生產(chǎn)基地，以及基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室等。

“嫦娥工程”是體現(xiàn)中國(guó)人民自力更生、自主創(chuàng)新、艱苦奮斗精神的探月工程。其從論證到實(shí)施歷經(jīng)20多年，取得了軌道器繞月探測(cè)、著陸器與月球車在月球正面和背面軟著陸聯(lián)合探測(cè)等一系列創(chuàng)新性的成就。在無(wú)人月球探測(cè)階段結(jié)束后，中國(guó)將開(kāi)展載人登月。與此同時(shí)，中國(guó)還將飛得更遠(yuǎn)，探測(cè)火星、木星，并進(jìn)行星際穿越。

《阿波羅登月計(jì)劃全史》一書視野開(kāi)闊、體系完整、內(nèi)容全面，分析與研究深入，學(xué)術(shù)與普及兼顧，尤其對(duì)美國(guó)的航天政策、計(jì)劃決策以及管理策略有著獨(dú)到見(jiàn)解，不僅適于廣大愛(ài)好者閱讀，對(duì)專業(yè)人員也有很大的參考價(jià)值，是國(guó)內(nèi)目前僅見(jiàn)的研究阿波羅登月計(jì)劃全過(guò)程以及總結(jié)歸納該計(jì)劃收益與經(jīng)驗(yàn)的專著。我樂(lè)于向大家推薦此書，以利于全社會(huì)認(rèn)識(shí)、理解并支持載人航天事業(yè)，支持中國(guó)不斷向縱深方發(fā)展的月球與太陽(yáng)系探測(cè)計(jì)劃。

書? 名：《阿波羅登月計(jì)劃全史》

作? 者：李成智

出 版 社：北京航空航天大學(xué)出版社

出版日期：2019年7月