如何在地球接收38萬公里外的月球“悄悄話”？

2030年前實現載人登陸月球，爲實現這一目標，我國科研人員正在研製新火箭、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麼任務、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。

用於載人登月的新一代載人運載火箭被命名爲長征十號，負責將月面着陸器和登月飛船送入地月轉移軌道，它高度約92米，起飛質量約2187噸，起飛推力約2678噸，預計在2027年具備首飛條件。

航天科技集團一院原長征二號F運載火箭總設計師容易：目前各項研製工作正在有序快速推進過程中，芯級直徑5米，捆綁的是5米直徑的助推器。所以它未來的奔月軌道的運載能力是27噸，比長征五號還要提高3倍多。

新一代載人飛船：全面升級的新型天地往返運輸飛行器

新一代載人飛船是在神舟飛船基礎上全面升級研製的新型天地往返運輸飛行器，採用模塊化設計，由返回艙和服務艙組成。到達月球后，將由月面着陸器將航天員送達月面。

月面着陸器：可搭載兩名航天員往返

月面着陸器是我國全新研製的地外天體載人下降與上升飛行器，由登月艙和推進艙組成。主要用於環月軌道和月球表面間的航天員運輸，可搭載2名航天員往返，並可攜帶月球車和科學載荷。

載人月球車：兩名航天員可乘月球車開展月球採樣

月面着陸器到達月面後，航天員將乘坐月球車，在月面開展工作。載人月球車重約200公斤，可搭乘兩名航天員，航天員將乘着月球車在10公里的範圍之內開展月球採樣。

載人登月初步方案：兩次發射兩個航天器在環月軌道交會對接

目前，我國載人登月的初步方案是：首先發射月面着陸器，月面着陸器在環月軌道停泊等待，然後再發射新一代載人飛船，飛船與着陸器在環月軌道交會對接。航天員從飛船進入着陸器。

載人登月初步方案：航天員進入月面着陸器落月開展月面活動

着陸器與飛船分離後下降到月面，航天員開展月面活動。之後，航天員乘坐着陸器起飛上升與飛船對接，航天員進入飛船。飛船與着陸器登月艙分離後，返回地球。

亞洲最大單口徑天線

接收月球“悄悄話”

月球離我們有38萬公里的距離，大約相當於九個半地球赤道周長的長度，“玉兔二號”從月球上獲取的信號在傳回地球的過程中，會隨着距離的變大而衰減。

爲了捕捉到這些珍貴而又微弱的信號，研製團隊用上了一個亞洲最大的天線。這個天線可不是一根線，而是一口“大鍋”。

如何在地球接收到月球傳回來的數據呢？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據。

中國科學院國家天文臺工程師薛喜平：咱們現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，還有很多的科學數據，都會用到這個天線。

這口“鍋”這麼厲害，那“鍋”裏面長什麼樣？今天我們就一起走到“鍋”中看一看。

70米口徑天線面積相當於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。天線所採用的反射面板，它的面積有4560平方米，相當於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據接收。

中國科學院國家天文臺工程師薛喜平：咱們天線採用主反射和副反射聯合起來工作的一個方式，現在咱們腳踩的叫主反射面，頭頂圓盤叫副反射面。衛星下來的信號首先是射到主反射面，再匯聚到副反射面，然後副反面再反射到饋源，就進到我們傳輸設備裏頭，是二次反射。

爲什麼要用幾次反射來收集這個數據？

二次反射主要是爲了提高接收效率，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。

饋源什麼樣？

中國科學院國家天文臺工程師薛喜平：我們現在在天線的饋源艙，錐狀的叫饋源喇叭，然後信號進到製冷接收機。爲了提高天線的接收靈敏度，它裏邊充的是氮氣，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。然後通過這些電纜傳給底下機房。

遙遠的數據已經接收到了，現在就要將這些數據變爲看得懂的信息。在天線的旁邊就是數據處理的工作室。

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點去控制各個設備，達到它正常的工作狀態。

從月球接收的數據

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節，下一步就是要把我們看不懂的數據，解碼變成看得懂的月面照片。數據是怎麼變成照片的呢？我們一起去處理月球科學數據的國家天文臺，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岩石成分，來獲得科學家感興趣的科學數據。雖然照片看着非常清晰直觀，但這些照片最初接收到的狀態卻是一串串數字。

武清站從“大鍋”接收下來全是數字？

嫦娥四號任務地面應用系統主任設計師付強：是這樣，我們把各載荷數據從這個數據流裏面提取出來，然後形成科學數據，我們進一步處理之後，就會形成各類的圖像數據和各類的探測數據。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據。

這張圖在細部上的呈現都非常清晰，但其實這張圖只有300多兆大小，和我們現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複雜的。

嫦娥四號任務地面應用系統主任設計師付強：我們在軌探測的時候，玉兔二號巡視器在同樣的位置環拍了兩圈，共獲得了56幅的圖像。我們把它拼接完之後，形成這樣一個300多兆的數據大小的圖像，但其實這個數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，我們纔會用彩色圖環拍。

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主任設計師付強：我們的鵲橋二號更多的是多出一條路，對於我們來說的話，有另一條路的話是更可靠一些。月面地形是相對比較複雜的，我們需要圖像去規劃它的移動路線。

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，然後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，發現更多的科學成果。

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於科學研究，月壤申請基本上以克爲單位，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祕面紗。讓科學家心心念唸的月壤，究竟長什麼樣，研究月壤，又是在研究什麼呢？

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主任設計師周琴：月壤就是指顆粒粒徑特別細的一些小的岩石或者礦物顆粒。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，我們一般認爲它就是輝石，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。

因爲嫦娥五號返回的樣品90%以上都是本地玄武岩組成的，所以我們看到這個裏面的不管是岩石類型或者礦物組成來說的話，是相對比較單一的。

這種玄武岩在地球上有嗎？

地球上也有玄武岩，但是跟它的成分組成不一樣。地球和月球的自然環境是不一樣的，因爲在月面上沒有氧氣，氧化還原的狀態不一樣，但是我們從岩石的結構上面來看的話，有一定的相似性。

這些在地球上都統稱爲玻璃嗎？

實際上這個裏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，岩石熔融甩出來的熔漿就叫撞擊玻璃。因爲月面是真空，火山噴發的程度會比我們地球上更劇烈，岩漿甩到空中以後，就相當於一個快速淬火冷凝的過程，這種就叫火山玻璃，它反映的纔是月幔深部的信息。