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11月17日，長征五號遙五運載火箭和嫦娥五號探測器已垂直轉運至發射區，國人期盼已久的月球採樣大戲已經奏響序曲，即將揭開大幕。
據國家航天局介紹，嫦娥五號任務是中國探月工程第六次任務，計畫實現月面自動採樣返回，是我國航太領域迄今最複雜、難度最大的任務之一。
國際上開展過哪些外星“挖土”的嘗試？有人採集和無人採集哪種管道更好？航太專家向科技日報記者進行了介紹。
裝備越好太空人採集樣品越豐厚
半個世紀前，美國通過阿波羅計畫，率先從月球帶回了共計381.7千克的月岩樣品。
1969年7月，阿波羅11號飛船降落在月球赤道附近的寧靜之海。完成人類首次登月壯舉的太空人阿姆斯壯和奧爾德林，用裝在一根杆子頂端的採樣袋採集土壤，並將裝滿的採樣袋揣在“褲兜”裏，又用鏟子和帶有機械爪的探杆拾取岩石。奧爾德林還抄起鑽杆和錘子，取到了2根岩芯。二人在月球表面待了2小時32分鐘，累計行動了約1公里，直到地面警告他們代謝率過高，才依依不捨地回到飛船上。這次，他們一共得到了21.55千克月球樣品。
阿波羅12號和14號，也降落在月球赤道上，太空人採集樣品的勁頭越來越足，采回的數量也越來越多。到阿波羅15號任務時，太空人的裝備“鳥槍換炮”，攜帶了一輛由波音公司研製的月球車，太空人艾爾文也成為首位在月球上開車的人。交通工具的出現，讓登月太空人的活動範圍大大新增，阿波羅16號太空人約翰·楊還飆出了時速11公里的月球紀錄，同時他們採集的樣品相比前幾次任務也成倍增長。
在阿波羅17號飛船上，出現了一名特殊的太空人，他就是整個阿波羅計畫中唯一一名地質學家施密特。他的加入，將月球“挖土”事業推上了巔峰。如癡如狂的施密特帶著指令長塞爾南奮力挖掘，3次月面活動總計工作了22小時，帶回了總重111千克的741個樣本，其中包括一根深鑽3米取得的岩芯。
無人探測採樣活動五花八門
作為登月競賽中美國的對手，蘇聯由於載人登月計畫受挫，轉而開始了無人月球採樣的探索，並成為該科技途徑的先行者。利用月球16號、20號、24號探測器蘇聯共在月球採集到了300多克樣品。
隨著航太科技發展，人類探索的目標不再局限於月球，開展了五花八門的無人外星“挖土”活動。
1999年2月，美國發射了星塵號彗星探測器，主要任務是飛往懷爾德2號彗星，在穿過彗尾過程中採集塵埃及氣體樣本，並送回地球。
2004年1月2日，星塵號與懷爾德2號交會，遭到數百萬彗星微粒的撞擊。其間，星塵號伸出一個類似網球拍的“氣凝膠塵埃收集器”，收集彗星的塵埃微粒。全國空間探測科技首席科學傳播專家龐之浩介紹，這個全球獨一無二的“氣凝膠塵埃收集器”，由美籍華人科學家鄒哲設計。當粒子撞上氣凝膠時，會立即把自己“埋”在裡面。採集工作完成後，收集器折疊收入羽毛球狀返回艙，將樣品貯存於容器中，返回地面後，科學家再從中尋找彗星塵埃。
2001年8月，美國起源號探測器升空，飛行4個月後抵達日地拉格朗日1點，並在該位置工作850天，採集了10到20微克太陽風粒子。
起源號上的收集設備非常純淨。龐之浩介紹，起源號看上去像一塊打開的腕表，採樣返回艙安裝在平臺頂部。採樣罐內裝有太陽風粒子採集器陣列和離子集中器，利用中心旋轉機械裝置展開採集器陣列。不過，2004年9月該探測器在返回下降過程中，由於加速度計安裝錯誤，導致主降落傘沒能按程式打開，返回艙以每小時32公里的速度撞到地面而遭到損壞，最終研究人員只收回了部分太陽風粒子。
這並非人類第一次嘗試獲取太陽樣本，實際上從阿波羅11號飛船開始，阿波羅計畫也開展了太陽風成分實驗。龐之浩說，阿波羅任務是利用飛船表面的一塊錫箔，在地月空間收集太陽樣本。不過，科學家很難分辨采到的物質究竟是來自太陽還是錫箔本身。
2003年，日本率先開展了小行星採樣嘗試。是年5月，世界首個小行星採樣返回探測器隼鳥1號發射，於2005年9月飛抵糸川小行星20公里高度軌道。隼鳥1號通過在小行星著陸、吸入飛濺粉塵的管道採集樣品，不過任務期間它出現故障，直到2010年6月才返回地球。雖然任務完成得一波三折，但它仍使日本成為全球首個實現小行星採樣返回的國家，現時已確認探測器在糸川小行星表面獲取了1500粒樣品。
2014年12月，日本發射了更先進的隼鳥2號，對龍宮小行星進行了探測。該探測器的採樣管道是先向小行星發射金屬彈，然後在撞擊坑處著陸，吸收飛濺碎片後迅速飛離。隼鳥2號先後實施了3次採樣，共采到20克以上樣品。其預計在2020年底將樣品送回地球。
最近的一次小行星採樣活動，發生在今年10月20日——美國冥王號探測器使用採樣機械臂末端的採樣器，從貝努小行星表面採集了60克以上的風化層樣品。該探測器計畫在2023年9月將採樣返回艙送回地球。
此外，美國還於今年7月30日發射了毅力號火星探測器，計畫讓其探索火星傑澤羅隕坑並採集樣品。這些樣品將被毅力號保存，在2031年美歐聯合實施的太空任務中帶回地球。
有人採集和無人採集各有千秋
回顧人類的外星“挖土”史可以看出，除了阿波羅計畫採用有人採集管道，其餘的均為無人採集。兩種方式孰優孰劣？人與機器相比，“挖土”哪家强？
龐之浩表示，從採樣數量上看，有人採集無疑占優。阿波羅計畫共帶回約380千克樣品，相比同時期蘇聯實施的無人採集任務，樣品重量超出上千倍。這些樣品至今都沒有研究完，大部分還封存在實驗室裏。
中國航太科工集團二院研究員楊宇光認為，有人採集更大的優點，是可以在任務中隨機應變，處置不同的情况。
航天器的裝載容量有限，所採集樣品有多大意義，取決於其代表性和特殊性。楊宇光說，例如阿波羅17號任務中，施密特撿到了一塊橙色月球岩石，極為特別。這樣的稀有樣品，只有靠太空人仔細尋找才能得到，通過無人採樣管道幾乎不可能獲取。
然而，太空人的參與，使得航太任務的難度和成本大大新增。
楊宇光說，一艘阿波羅飛船重約45噸，而蘇聯的“月球”系列無人採樣探測器重量不足6噸，我國嫦娥五號探測器重8噸多。同時，載人飛行任務對安全性、可靠性，以及生命保障系統等要求很高，這都直接影響著工程規模及成本。
龐之浩進一步解釋說，一艘阿波羅登月飛船比等重黃金貴十多倍，而發射阿波羅飛船所用的土星五號火箭，造價高達5億美元。阿波羅計畫歷時11年，耗資255億美元，為實施該計畫，美國國家航空航太局（NASA）每年預算占到美國政府總預算的4.5%左右，平均每個美國家庭要負擔400多美元。
而無人採集不僅工程規模較小、成本較低，而且無需考慮生保、補給等問題，任務週期可達數年之久，探測距離也達到數億公里。楊宇光認為，至少在未來十幾年裏，無人採集管道都將是外星“挖土”的主流。
不過，有人採集也不是全無用武之地。楊宇光說，對於一些情况複雜、目的性較强的特殊任務，例如發現一顆很有意思的小行星，要去採集一些特別的樣本，就要依靠人來完成了。這種情況下，付出多一些成本和時間，也是值得的。
到更遠的未來，如果人類在月球建立永久基地，產生了更多科學與工程上的需求，那麼也需要太空人長期駐紮，開展更大範圍的考察活動。