4月份，中國航太顯得前所未有的忙碌：剛剛發射了神舟十八號，又迎接神舟十七號返回地球，也發布了一套月球高清地質地圖集。到了5月，剛發射的嫦娥六號，要從月球背面「挖土」回來。

撰文| 張志會（中國科學院自然科學史所研究員）

5月3日，嫦娥六號搭乘長徵五號遙八運載火箭在海南文昌發射場發射升空，並進入地月轉移軌道，發射任務圓滿成功。 [1]由此開啟了預計為期53天的全球首次月球背面取樣返回之旅。這標誌著由嫦娥六號、七號和八號組成的中國探月工程四期正在穩步推進。值得一提的是，這次發射比先前官方預期還要提早一年。

嫦娥六號發射瞬間| 來源：央視新聞

史上首次，從月球背面「挖土」回來

2020年底，嫦娥五號從月球正面採回1731克月壤。作為嫦娥五號的備份，嫦娥六號被賦予了新的使命：除開展月表勘測外，還要前往月球背面南極—艾特肯盆地的阿波羅環形山地區進行樣品採集，爭取實現2公斤的目標。

迄今為止，人類已進行10次月球採樣返回，但這些採樣均位於月球正面。 1970年９月12日至24日，蘇聯的月球16號探測器成功完成了人類首次月面自動採樣，攜帶101克月球樣本安全返回地球。至1976年8月，蘇聯共發射了５個自動採樣探測器，其中，月球16號、20號和24號共取回了321克。 1969年7月16日至24日，美國完成了人類首次登月任務，２名太空人採集了21.7公斤月球樣本後返回月球。美國共6次載人登月從月球取回381公斤月壤和月岩樣本。 [2]

先前10次月球採樣的地理位置分佈圖| 來源：Nature

那麼，嫦娥六號為什麼非要去月球背面呢？嫦娥六號副總設計師王瓊指出，比起月球正面，背面基本上是古老的月殼和高地，坑洞更多，可能隱藏著月球形成和演化的秘密，因此更具科研價值。計畫降落的南極-艾特肯盆地是月球背面一處直徑約2400公里的撞擊坑，是月球上最古老、最大的撞擊坑，也是太陽系中已知的最大撞擊坑之一。嫦娥六號將進行形貌探測與地質背景勘察等工作，在該坑內取得月球南極不同年齡、不同地域的樣本。科學家將透過研究月背樣本來了解和分析月表淺層結構、礦物組分、月面形貌等，預計在太陽系早期撞擊歷史、火山活動和月球地質演化等重大科學議題上取得突破，進一步拓展人類對月球乃至太陽系的認知。

值得一提的是，嫦娥六號採集的樣本地質年齡預期將達到40億年。此前，美國和蘇聯樣品年齡約為30億年，而嫦娥五號樣品年齡約為20億年。

南極-艾特肯盆地| 來源：探月與航太工程中心

嫦娥六號將如何從月球背面「挖土」呢？這次會沿用嫦娥五號的「鑽取」和「表取」兩種方式，以獲得不同深度的樣本。 「表取」是透過機械手臂和機械爪的配合，從月球表面抓取一部分月壤；「鑽取」是透過特殊的鑽頭鑽到月表以下兩公尺左右的位置，把月壤整體取出來，然後將其密封封裝，經月面起飛、月球軌道交會對接、月地轉移和再入回收等過程將樣品送回地球。

嫦娥六號探測器結構示意圖| 來源：探月與航太工程中心

這項任務涉及多項技術挑戰，是我國航太領域迄今複雜程度最高、技術跨度最大的航太系統工程。研究團隊實現了一系列關鍵技術突破，包括月球逆行軌道設計與控制、著陸器的精準軟著陸、月球樣本採集、月背上空精準懸停降落、月背智能採樣和月背起飛上升，以及返回艙的發射與返回等等。探測器在月球背面無法和地面測控站直接進行通信，需要中繼星提供中繼通信支援。 2024年3月20日，我國發射鵲橋二號中繼星解決了這個問題。

大噪橋二號，影像左側為天都試驗星｜來源：深空探測實驗室

嫦娥六號的地月軌道轉移也更複雜。工程團隊綜合考慮地月位置關係等因素，應用「窄窗口多軌道」發射技術，在連續兩天、每天50分鐘的窗口內，設計了10條奔月軌道。此外，我國也將基於嫦娥六號，繼續深入討論並建構環月球通訊導航衛星星座。這些任務將會為載人登月和月球科學研究站等更多複雜任務奠定基礎。

除了月背挖土，國際合作也是嫦娥六號的一大亮點，彰顯中國作為航太大國的自信與開放包容的心態。 2019年中國國家太空總署發布了國際合作機會公告，計畫拿出20公斤用於搭載國際科學載重。最終確定了來自巴基斯坦的ICUBE-Q立方星、法國的氡氣偵測儀、歐空局/瑞典的負離子分析儀和義大利的雷射角反射器。其中，巴基斯坦立方星搭載在嫦娥六號軌道器上，其餘載重均搭載在登陸器上。 [3]

從錯失浪潮到全球領跑

迄今為止，人類一共進行了一百多次月球探測。 1959年1月2日，蘇聯發射了月球１號探測器，美蘇兩個超級大國之間的競爭引發第一輪探月高潮。從1959年至1976年，蘇聯共開展了40次探月發射任務，其中有18次取得成功。美國在六、七十年代實施的“阿波羅工程”，大幅提升了其科技實力和綜合國力。各國開始意識到月球探測的戰略意義，紛紛提出月球探測計劃，全球進入以發現月球水分子為熱點的第二輪探月高潮。

中國雖然錯失了全球第一次探月浪潮，但透過人造衛星、載人航太工程實踐，順利趕上了第二次探月高潮。

早在1980年代末，中國就開始論證探月工程。那時我們計劃將太空人送入太空，這事關重大，需要多次試驗驗證。鑑於美蘇都曾經發射了月球探測器，於是探月問題被提上議程。探月首先要面臨40萬公里之遙的測控通訊問題，這需要龐大投入，但當時國家財力有限。中國工程院院士、中國探月工程總設計師吳偉仁曾說：「主要是經濟問題，不是技術問題，所以當時這一論證就夭折了。」到了90年代末，又論證過一次，主要問題依然是缺錢，因為要建造全球佈局的深空測控網，需要幾十個億投入，國家在經濟上不能支持。所以這兩次論證最後都不了了之。

2004年，中國航太人等來了機會，探月第一期工程－繞月探測工程正式立案。自此，中國探月工程（又稱「嫦娥工程」）正式啟動，分為「無人月球探測」「載人登月」與「建立月球基地」三個階段。 2006年，《國家中長期科學技術發展規劃綱要（2006－2020）》將探月工程列為國家中長期科技發展的重大專案。 20年來，中國探月人白手起家、攻堅克難，我國探月工程八戰八捷，為人類對月球和太陽系的認識提供了重要的數據和支持。 [4]

表探月工程“八戰八捷”

其中，嫦娥四號是一個里程碑式的節點——這是人類太空船首次在月球背面軟著陸，真正實現了世界領先。

人類取得月球背面的圖片和數據資料，還要倒推到20世紀五、六十年代。 1959年10月４日，蘇聯月球３號探測器從月球背面的上空飛過，拍攝並向地球發回了約70％月背面積的圖片，使人類第一次看到月球背面的景象。 1964年7月，美國徘徊者７號月球探測器在硬著陸之前，成功拍攝了4308張月面照片，使人類獲得第一批近距離月面影像。

嫦娥四號拍攝的首張月球背面圖片| 來源：中國探月與航太工程中心

不過，在嫦娥四號之前，人類探測器從來沒有真正降落在月球背面，主要困難在於月球背面和地球之間的通訊問題。而地月間通訊中繼衛星「鵲橋一號」率先解決了這個難題，讓嫦娥四號在月球背面留下了足跡。吳偉仁在訪談中表示，「中國的探月工程起步晚，起點高…」「之前我們一直在跟跑、並跑，直到嫦娥四號我們才實現了領跑，我們領跑得太少了，還得繼續努力。

嫦娥五號帶回的粉末、岩屑和光片| 探月與航太工程中心

繼嫦娥四號之後，嫦娥五號於2020年11月24日發射，之後登陸在月球正面的北半球。歷時23天，於2020年12月17日攜帶月球樣本返回地球，標誌著中國探月工程「繞、落、回」三步走戰略完美收官。嫦娥五號採集了重約1731克的樣本，雖然比起阿波羅計畫的上百公斤樣本要少很多，卻是我國實現「月壤自主」的重要一步，就連美國航空暨太空總署都公開要求中國共享數據。 2021年7月12日，月球樣本科學研究工作正式啟動，首批發放的月球科學研究樣本共17.4764公克，發放給13所科研機構。

NASA官方希望中國將探月資料拿出來分享| 來源：NASA

國際合作道阻且長

回顧過去，中國在航太領域的國際合作並不愉快。 1990年代，美國開始醞釀興建國際太空站（ISS）計畫。在1986年哥倫比亞號太空梭發射事故發生後，美國不得不借助蘇聯的火箭將太空人送入太空站。為彰顯國際合作意義，ISS除了與日本、英國、俄羅斯等國進行關鍵技術合作外，也邀請了南非、巴西、馬來西亞等發展中國家參與，成為19個國家和機構共同合作的國際太空計畫。令人遺憾的是，中國在ISS計畫之初和2003年神舟五號成功發射後，曾多次誠懇申請加入該計畫。美國卻一直態度傲慢。 1999年美國公佈《考克斯法案》，誣告中國竊取美國衛星製造技術，此後中美航太商業發射合作全面中止。

不僅如此，自2011年以來，美國國會頒布了《沃爾夫法案》，禁止NASA或白宮科技政策辦公室使用聯邦資金「開發、設計、規劃、頒布、實施或執行任何形式的雙邊政策、計畫、命令或合同，以任何方式與中國或任何中資公司進行雙邊參與、合作或協調”，目的是杜絕對華技術轉移的可能性。禁令實施以來，不僅中國官員與科學家無法與美國進行交流合作，甚至在美國機構工作的中國籍研究人員、在美國學校學習的中國籍學生都受到殃及。

中國的國際合作也遭到了美國的各種阻撓。例如，阿聯酋的拉希德二號月球車原計劃搭乘我國嫦娥七號任務的“順風車”，對月球岩相地質、月面等離子體、風化層和月塵等開展研究。美國卻根據其科技法規的技術轉移限制，令計畫擱淺。相較之下，歐洲國家航太科技實力較強，受美國影響較小。但歐洲太空總署也在2023年4月宣布，由於預算緊張，暫時不會考慮送太空人登陸中國太空站。

嫦娥五號月球取樣返回後，美國曾經要求中國共享數據，但態度還有點「橫」。 NASA曾發布消息說，希望中國與全球科學共同體共享數據，來增強我們對月球的理解，正如美國阿波羅計畫所做的那樣和美國阿爾忒彌斯計畫將要做的那樣。 NASA局長比爾·尼爾森（Bill Nelson）也頗具「鷹派」風格，2021年6月他曾表示支持《沃爾夫法案》永久化，直接禁止中美之間的航太合作。馬斯克對此反駁說：「健康的競爭沒有問題，但（支持沃爾夫法案永久化）有點過分了！」2022年5月3日，尼爾森又反過來說，他與中國進行了交談，建議中國與國際社會分享嫦娥五號登月任務的樣本；自那以後，「他們沒有表示任何意見」。

比爾尼爾森| 來源：NASA

馬斯克回應尼爾森觀點

戲劇性的是，當地時間4月17日，在美國國會眾議院針對NASA的新財年預算申請聽證會上，當尼爾森被問及“中國人在月球背面做什麼”時，竟滑稽地回复：“月球背面永遠都是黑暗的，美國人不打算去那裡，不知道中國人為什麼要去。

雖然困難重重，中國航太界卻能深刻意識到國際合作對探索太空的重要性。我國透過共享資源、技術和數據，幫助各國更有效率地進行月球探索活動。嫦娥四號任務中的「玉兔二號」月球車曾與德國的「月球-17」探測器合作進行科學實驗。嫦娥六號搭載了法國的氡氣偵測儀、歐空局的負離子偵測儀、義大利的雷射角反射鏡、巴基斯坦的立方星4個國家和組織的負荷和衛星計畫。早在「鵲橋號」發射之前，美國就曾提出合作請求，中國也表示歡迎。

其實，美國科學家在探月工程方面也曾多次向我們提出合作請求。吳偉仁提到，美國科學家在鵲橋一號發射之前就多次要求合作。他們希望將鵲橋一號的設計壽命從3年延長到5年，也希望嫦娥四號登陸月球背面時，能夠搭載一架美國信標機取得具體位置等資訊。 [4]

下一步：載人登月與月球科學研究站

深空探測愈來愈成為大國太空戰略博弈的主戰場，圍繞深空科技制高點的競爭空前激烈。未來月球探測涉及基地建設、科學研究和資源開發等多個方面，同時也將更加國際化和商業化。我國制定了2030年讓中國太空人登陸月球，並於2035年在月球南極建成月球科研站基本型的目標。

我國載人登月初步方案為：採用兩枚運載火箭分別將月面登陸器和載人太空船送至地月轉移軌道，太空船和登陸器在環月軌道交會對接，太空人從太空船進入月面著陸器。其後，月面登陸器將下降著陸於月面預定區域，太空人登上月球進行科學考察與樣本採集。 [6]

國際月球科研站已列入國際大科學工程的國家戰略規劃。吳偉仁院士表示，中國將實施“五五五工程”，邀請不同國家和地區共同建設和實施、共同管理這一巨型科研站設施，共享科研成果。目前已有超過10個國家與中國簽署了合作協議。

我國主持的國際月球科學研究站將在2045年之前建成功能完善、相當規模、穩定運作的設備設施，進行月基綜合性科學研究和深度資源開發利用，為載人登陸火星和人類奔向更遠的深空做好技術驗證與科學實驗研究[7]。

嫦娥七號的主要目的是在月球南極找到水冰。早在30年前美國就曾做過相應努力。 1994年1月21日，美國發射了克萊門汀號探測器對月球南極進行探測，並首次發現月球南極可能存在水的直接證據。 1998年1月7日，美國月球勘探者環月探測器的探測數據表明，月球南北兩極可能存在凝結的水冰，不過該探測器最終沒有觀測到期待的水汽雲。

嫦娥八號也將飛到月球南極，和嫦娥七號一起組成月球科研站在南極的基本型，兩個探測器可以聯合或單獨工作。目前已有超過10個國家與中國簽署了合作協議，協力建造並充分利用月球科研站。下一步將以月球軌道站為樞紐，在2045年之前建成功能完善、相當規模、穩定運行的設備設施，打造一個在多點月球科考、資源開發利用和國際合作的大平台，為以後人類奔向更遠深空，做好技術、物資和智力的儲備。

在月球探索和科學研究過程中，許多新的科學問題將不斷出現。中國科學院院士、中國科學院國家太空科學中心主任王赤曾在《月球科研站的關鍵科學問題》一文中指出，「月球科研站的建設,不僅大大提升我國月球科學的探測能力，也為長期、持續的月球探測提供最重要的工程支撐和平台支撐,從而實現我國在月球科學上的突破。

國際月球科學研究站作為一個開放的科學平台，將吸引全球科學研究機構和科學家的參與，並產生大量的科學數據和研究成果。持續產出科學成果需要穩定投入。在我國航空航太總體經費投入中，「太空科學」相關實驗經費佔比不到10%，美國的數據則是30%。王赤院士曾表示，希望我國「太空科學」水平到2035年可以接近歐洲水平，到2049年可以接近美國水平；也期盼2035年國家在「太空科學」的投入比例可達到15%，2049年比例可達20%。 [9]

國際月球科研站也是實現變革性技術和顛覆性創新的重要基地。可預期的是，國際月球科研站可以孕育出包括月球資源的可持續開發和利用在內的眾多新技術和產業，為經濟社會的永續發展提供新的動力和支撐。過去探月是政府主導，現在開始轉向政府牽引商業航太。未來可能會出現更多私人企業參與項目，推動月球探索活動朝向商業化和永續方向發展。

除了月球在深空探測、科學研究和資源利用上的價值，載人登月和月球基地建設的軍事與國防價值也不言而喻。月球上的活動長期以來受到聯合國簽署並於1967年10月10日生效的《外空條約》的約束。條約指出，「月球和天體上的所有駐地、設施、設備和宇宙飛行器，應以互惠基礎對其他締約國代表開放。」不過實際上國際航太活動又同時秉承著「先到先得」的原則，並在執行上受到地緣政治的強烈影響。

放眼國際，新一輪載人登月任務正在拉開大幕。美國主導的「阿爾忒彌斯計畫」已經在緊鑼密鼓推進中，俄羅斯、歐空局、日本、印度也都提出了載人登月計畫。吳偉仁院士在2024年4月24日舉辦的中國航太大會主論壇上透露，中國不僅將在2030年之前實現載人登月，還將在行星探測、小行星防禦和太陽系邊際探測上有大動作， 2030年前後將發射天問三號探測器。 「縱觀世界各國目前進展，我國可望成為第一個火星採樣返回的國家。」[10]

致謝：感謝中國太空科學學會科普工作委員會、太空科學傳播專家工作室的支持。中國科學院國家太空科學中心劉勇、週炳紅和孫志斌研究員，中國科學院國家天文台鄭永春研究員提供了部分修改建議。本文只代表個人觀點。

參考文獻

[1]蔡金曼李儀.嫦娥六號探測器發射升空.中國國家太空總署.2024年05月03日

.https://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758838/c10522280/content.html

[2]王蓉，胡文江,解碼智能時代2021 前沿趨勢10人談=Decrypting the Intelligent Era 2021 Interviews with 10 People on Future Technology Trends,重慶大學出版社,2021.08,第170頁

[3]謝瑞強. 嫦娥攬月｜今日發射，嫦娥六號探測任務有這些看點.澎湃新聞

.2024-05-03.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1798001883812273174&wfr=spider&for=pc

[4]中國探月工程總設計師吳偉仁：探月工程20年來實現了從無到有、八戰八捷

.https://new.qq.com/rain/a/20240425V08SHX00 (2024年4月25日)

[5]劉兆軍.熱烈慶祝「嫦娥五號」飛行試驗器飛行任務取得圓滿成功[J].航太返回與遙感,2014,35(06):1.

[6]中國航太科技集團.這是載人登月的中國方案.2023年07月20日

.https://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758838/c10078852/content.html

[7]胡喆、侯文坤.四年三「嫦娥」 國際月球科研站基本型預計2035年前建成.新華社.2024-04-25

.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1797275784990193165&wfr=spider&for=pc

[8]王赤,林楊挺,裴照宇,等.月球科研站的關鍵科學問題[J].中國科學基金,2022,36(06):830-840

[9]祝傳海範佳樂.專訪王赤院士：中國“空間科學”，第一步，每一步.科學中國人.2022-01-05

[10]吳偉仁院士在2024年4月24日中國太空日主論壇上的報告《我國深空探測發展與國際月球科研站》

本文受科普中國星空計畫項目扶持

出品：中國科協科普部

監製：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司