2030年前實現(xiàn)載人登陸月球，為實現(xiàn)這一目標，我國科研人員正在研制新火箭、新飛船、新的載人月球車等一系列新裝備。這些新裝備各自承擔什么任務、有哪些本領，未來載人登月的方案流程是怎樣的？我們一起了解一下。

如何在地球接收到月球傳回來的數(shù)據呢？靠的就是這一臺像“鍋”一樣的設備，它叫做70米口徑全可動天線。雖然看起來像一口鍋，但這樣的構型能幫助它更好地收集數(shù)據。

中國科學院國家天文臺工程師 薛喜平：咱們現(xiàn)在所在的位置就是國家天文臺武清地面站，它（天線）是方位360度可動，俯仰90度可轉動，也就是說只要是地平線往上的目標，我們都可以觀測到。月球接收回來的圖片、視頻，還有很多的科學數(shù)據，都會用到這個天線。

這口“鍋”這么厲害，那“鍋”里面長什么樣？今天我們就一起走到“鍋”中看一看。

70米口徑天線 面積相當于10個籃球場

在這個70米口徑天線的內部，第一感覺就是非常大。天線所采用的反射面板，它的面積有4560平方米，相當于10個籃球場的大小，天線的高度有72米，重量有2700噸，主要承擔探月、探火等深空探測任務的數(shù)據接收。

中國科學院國家天文臺工程師 薛喜平：咱們天線采用主反射和副反射聯(lián)合起來工作的一個方式，現(xiàn)在咱們腳踩的叫主反射面，頭頂圓盤叫副反射面。衛(wèi)星下來的信號首先是射到主反射面，再匯聚到副反射面，然后副反面再反射到饋源，就進到我們傳輸設備里頭，是二次反射。

為什么要用幾次反射來收集這個數(shù)據？

二次反射主要是為了提高接收效率，還有一個好處就是可以把饋源這個設備做在下面，如果是一次反射，這一堆設備我都要掛在天上，這樣負擔就比較重，而且設計比較困難。

饋源什么樣？

中國科學院國家天文臺工程師 薛喜平：我們現(xiàn)在在天線的饋源艙，錐狀的叫饋源喇叭，然后信號進到制冷接收機。為了提高天線的接收靈敏度，它里邊充的是氮氣，溫度只有零下265攝氏度，降低我們天線設備自身產生的噪聲干擾。然后通過這些電纜傳給底下機房。

遙遠的數(shù)據已經接收到了，現(xiàn)在就要將這些數(shù)據變?yōu)榭吹枚男畔?。在天線的旁邊就是數(shù)據處理的工作室。

中國科學院國家天文臺工程師 薛喜平：這個是用來做信號判斷的，凸起的地方就是信號所在的地方。整個工作流程都是全自動化運行的，天線根據自己的時間節(jié)點去控制各個設備，達到它正常的工作狀態(tài)。

從月球接收的數(shù)據

如何變成月面照片？

38萬公里外的信號接收成功了，但這還只是其中的一個環(huán)節(jié)，下一步就是要把我們看不懂的數(shù)據，解碼變成看得懂的月面照片。數(shù)據是怎么變成照片的呢？我們一起去處理月球科學數(shù)據的國家天文臺，一探究竟。

這張照片是玉兔二號月球車在月球背面工作的第59個月晝拍攝的，這些隕石坑是科學家最喜歡的月球地貌之一，隕石坑還可以挖掘出月球深部物質。從照片中可以看出來，如果隕石坑邊緣附近存在顆粒狀的凸起石頭，就說明這個隕石坑還沒有被完全風化，形成的年份比較新，月球車可以去分析新鮮的巖石成分，來獲得科學家感興趣的科學數(shù)據。雖然照片看著非常清晰直觀，但這些照片最初接收到的狀態(tài)卻是一串串數(shù)字。

武清站從“大鍋”接收下來全是數(shù)字？

嫦娥四號任務地面應用系統(tǒng)主任設計師 付強：是這樣，我們把各載荷數(shù)據從這個數(shù)據流里面提取出來，然后形成科學數(shù)據，我們進一步處理之后，就會形成各類的圖像數(shù)據和各類的探測數(shù)據。它不一定能真實地反映它的色彩，我們在處理過程中是要對這個圖像進行色彩的一系列校正。

這是有一定的工作量的，現(xiàn)在嫦娥四號從工程進展上一直都很順利，我們可以拿到大量的圖像，所以說每天都要面對這些新的數(shù)據。

這張圖在細部上的呈現(xiàn)都非常清晰，但其實這張圖只有300多兆大小，和我們現(xiàn)在的手機拍攝的照片相比分辨率略顯不足，但是要從38萬公里之外的月球來處理這樣一張圖片，它這個過程還是非常復雜的。

嫦娥四號任務地面應用系統(tǒng)主任設計師 付強：我們在軌探測的時候，玉兔二號巡視器在同樣的位置環(huán)拍了兩圈，共獲得了56幅的圖像。我們把它拼接完之后，形成這樣一個300多兆的數(shù)據大小的圖像，但其實這個數(shù)據在我們下傳的時候，需要將近一天到兩天的時間才能把它獲取到地面上。

我們現(xiàn)在是工作到59月晝了，正常情況下，用我們的全色（黑白）圖像就夠完成移動和探測目標的選取等飛控工作。彩色的圖在軌實施的代價會更大一點，走到比較關鍵的一些位置的時候，我們才會用彩色圖環(huán)拍。

新的鵲橋未來會不會更加方便？

嫦娥四號任務地面應用系統(tǒng)主任設計師 付強：我們的鵲橋二號更多的是多出一條路，對于我們來說的話，有另一條路的話是更可靠一些。月面地形是相對比較復雜的，我們需要圖像去規(guī)劃它的移動路線。

第二個就是我們要在這個圖像上選擇一些我們感興趣的科學探測目標，然后控制我們的車移動到我們的目標附近，對這些目標開展一系列的科學探測，發(fā)現(xiàn)更多的科學成果。

神奇的月壤竟是“五彩斑斕”的

除了得到從月球發(fā)回來的照片，在2020年，探月工程通過嫦娥五號任務，從月球取回了1731克月球樣本。一些高校和科研機構申請了月壤用于科學研究，月壤申請基本上以克為單位，有時候甚至是按毫克計算。通過近3年的研究，取得了一批科研成果，揭開了更多月球的神秘面紗。讓科學家心心念念的月壤，究竟長什么樣，研究月壤，又是在研究什么呢？

嫦娥五號從月球表面取回的月壤樣本，從表面看它是黑色的像煤渣一樣的顆粒，但是如果把它放到顯微鏡下的時候，它就會變成五彩斑斕的顏色。

嫦娥工程地面應用系統(tǒng)主任設計師 周琴：月壤就是指顆粒粒徑特別細的一些小的巖石或者礦物顆粒。這個顆粒我們就可以看到它是由不同的礦物組成的，像這種棕色的，我們一般認為它就是輝石，這個顏色稍微深一些的，像金屬光澤的這種是鈦鐵礦，顏色稍微淺一點，有可能是長石，像棕黃色的一般都是橄欖石。

因為嫦娥五號返回的樣品90%以上都是本地玄武巖組成的，所以我們看到這個里面的不管是巖石類型或者礦物組成來說的話，是相對比較單一的。

這種玄武巖在地球上有嗎？

地球上也有玄武巖，但是跟它的成分組成不一樣。地球和月球的自然環(huán)境是不一樣的，因為在月面上沒有氧氣，氧化還原的狀態(tài)不一樣，但是我們從巖石的結構上面來看的話，有一定的相似性。

這些在地球上都統(tǒng)稱為玻璃嗎？

實際上這個里面玻璃含量也挺高的，玻璃也分很多種，有一種是火山玻璃，還有撞擊玻璃。撞擊的話就是有一個外力撞到這個月面，提供的熱量足夠多的話，巖石熔融甩出來的熔漿就叫撞擊玻璃。因為月面是真空，火山噴發(fā)的程度會比我們地球上更劇烈，巖漿甩到空中以后，就相當于一個快速淬火冷凝的過程，這種就叫火山玻璃，它反映的才是月幔深部的信息。

月球有哪些資源是我們可以進行利用的？

我們研究月球樣品肯定是想研究月球本身的演化歷史，同時也有利于我們更了解月球里面到底還有什么樣的資源，有哪些礦物或者是哪些元素可以做資源開發(fā)或者資源開采。

截至目前，科研人員通過對數(shù)十萬個平均大小僅10微米的月壤顆粒開展了礦物學研究，發(fā)現(xiàn)了我國首個月球新礦物——嫦娥石。

走！去神秘“金庫”找月壤

從月球取回的土壤，可以幫助我們更加了解月球，珍貴程度不言而喻，為了保存這些珍貴的土壤，在國家天文臺，有一個神秘的、堪比“金庫”的實驗室，嫦娥五號取回來的月壤就在這里保存。月壤的保存不同于一般的實驗樣品，分類、編號、氣壓等環(huán)境要求都非常嚴格。

月球樣本實驗室 分類保存細致編號

在國家天文臺的地下月球樣本實驗室，科研人員正在對嫦娥五號從月球取回的樣品進行分類保存。

嫦娥五號在月球取樣的時候，使用了兩種方式。一種是鏟取，把表面的月壤鏟到裝置里面。另一種是鉆取，通過鉆頭來取月壤深部的樣本。

比如說CE5C代表的意思就是嫦娥五號，C就代表它是鏟取的意思。

下面我們可以看到分1、2、3、4、5、6，后面還有7、8、9、10，一共是11段當時鉆取的樣本。

嫦娥工程地面應用系統(tǒng)主任設計師 周琴：它全都分好了，你看我們下面是10個，上面那個瓶子也是10個，每一罐都是10克的樣品。

環(huán)境要模仿月表，月表就是無水低氧，這里面充的都是高純氮氣。你看這手套露出來，它里面氮氣的壓力比外面壓力稍微高一點，實際上也是防止空氣進去。主要是想讓它在比較好的環(huán)境下能夠存的時間長一些，這樣后續(xù)科學家做科學實驗的時候，不會因為地球環(huán)境對它造成樣品的污染，導致去錯誤地解讀數(shù)據。

目前的研究方向主要集中在哪些方面？

研究方向非常廣，除了做傳統(tǒng)的巖石礦物、做化學成分的這些研究以外，還有要做生命的、做材料的，要把它纖維化，然后要去做和織布有關的材料研究。

外界申請月壤樣本的標準是很嚴格的，它借出去的時候是要稱一遍重量，返還的時候也要稱一遍重量，不光要控制它的重量，還要注明樣品它可能之前做了哪些實驗，我們都要分開編號。 這樣大家再去申請的話，就知道這個樣品之前的實驗會對它有什么影響。

所以樣品現(xiàn)在越分越多，相當于一個編號下面再來一個子編號，有可能再來一個子編號，所以就越來越多。

一個柜子里面的樣品是原始的樣品，是沒有接觸過大氣的。他們所有申請的原始樣品都是從這個柜子里面往外走的。返還的樣品全都在另一個柜子里，這個柜子里的樣品都是外借完之后回來的樣品，就不會再跟最原始的樣品再做接觸，樣品有的可能是接觸過大氣了，有的可能接觸經過一些化學成分的分析。