中国科学院院士欧阳自远：人们为什么要去月球？

贾璇

月球作为地球唯一的天然卫星，也是距离地球最近的天体。古代的天文学家很早就开始观测、研究月亮，1609年，伽利略首次用天文望远镜观测月亮，使人类对月球正面的地形开始有详细的了解。

1957年，当人类正式进入太空开始深空探测之旅，月球便成为首站。据统计，从1959年至2017年年底，人类共发射132个月球探测器，其中美国60个、苏联64个、中国4个、日本2个、欧洲1个、印度1个，成功率约为50%。

2004年，中国启动月球探测工程，命名为“嫦娥工程”。该工程分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段，将获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间等。

嫦娥工程主要包括“绕、落、回”三大目标。目前，嫦娥一号和二号完成了“绕”，嫦娥三号和四号实现了“落”和“巡”，嫦娥四号在全球首次实现月背软着陆，嫦娥五号圆满完成月球采样返回任务，实现了我国探月工程重大科技专项三步走发展战略。

探月工程是我国继人造地球卫星、载人航天飞行取得成功后，航天事业发展的又一座里程碑。

时至今日，世界航天进入创新发展的快车道，空间科学正孕育着重大发现，空间技术快速迭代突破，空间应用领域不断拓展，深空探测成为科技竞争的制高点，太空经济成为新兴经济业态。

人类为何要去月球？如何开发和利用月球？近日，中国科学院院士、中国月球探测工程首席科学家欧阳自远在《百年科技强国梦》录制现场，讲述我国探月奥秘。

从研究别国的0.5克，到自己取回1731克月壤

2004年1月24日，我国正式批准嫦娥一号探月计划，欧阳自远出任该计划的首席科学家，负责制定首次月球探测科学目标设计，以及规划第二、三期月球探测的方案与科学目标。

在欧阳自远心中，嫦娥一号的探月经历至今难忘。“嫦娥一号是我们第一次离开地球到另外一个天体上，肯定印象是最深刻的。”

欧阳自远回忆道，当时的嫦娥一号并没有直接飞向月球。他说：“就像奥运会的链球运动员，先把球使劲地搅动，松手后球就能跑得飞快。嫦娥一号就像链球绕着地球飞，一边飞一边加速，大约飞三圈后冲出地球，飞行了大约14天才到达月球。”

在整个探月过程中，被月球捕获是任务最关键时刻之一。欧阳自远回忆，当时自己和月球探测一期工程的总设计师孙家栋一起坐在飞控大厅内。

“17”代表着中国的探月工程已经历了17 年的风雨，“3” 代表着中国在执行探月任务时采取了“绕”“落”“回”的三步走战略，“1”代表着这些工作都是一次完成的。

“当嫦娥一号被月球捕获，我咬着他耳朵说，是不是再检查一遍，真的抓住了？几分钟后，经过工作人员的核查、验证，轨道传回的各方面数据都显示成功了，大厅里的掌声‘哗地响起，我们两个老头激动得抱头大哭。”欧阳自远说，当时自己回答记者采访时，也只是不停地讲：“绕起来了，绕起来了……”

2008年11月12日，嫦娥一号拍摄的中国第一幅全月影像图震撼发布，这是人类历史上第一次包含了月球南北两极的高清全月图。

月球还有很多未解之谜，它如何形成、背面什么样、上边到底有没有二战轰炸机等。

承载着无数科学研究者的期待，2020年11月24日4时30分，探月工程嫦娥五号探测器在文昌航天發射场成功发射，开启我国首次地外天体采样返回之旅。

经过23天的太空之旅后，12月17日凌晨2时左右，嫦娥五号返回器携带1731克月壤样品成功着陆，标志着我国首次月球采样返回任务圆满完成。

此次带回的月壤样本重量也有着特殊意义。其中，“17”代表着中国的探月工程已经历了17年的风雨，“3”代表着中国在执行探月任务时采取了“绕”“落”“回”的三步走战略，“1”代表着这些工作都是一次完成的。这也是继1976年苏联月球20号探测器最后一次月球采样返回，人类历经44年再获月球样品。

值得一提的是，嫦娥五号采样位置明确，有可能采集到更多来自不同地质背景、形成于不同历史时期的月球样品，对完整还原月球历史，真正全面认识月球，认识地月系统，甚至认识整个太阳系的存在，都有重要意义。

7月12日，国家航天局探月与航天工程中心举行了嫦娥五号任务第一批月壤发放仪式，来自13所科研机构的31份申请通过审核。21份样品总计17.4764克，其中包含6份光片样共157.6毫克，13份岩屑样共868.8毫克，2份粉末样共16.45克。

月球样品专家委员会主任、中国科学院院士朱日祥曾表示，对嫦娥五号带回样品的科学研究，主要有三方面成果值得期待：一是人才培养，过去中国科学家基本拿不到阿波罗月球样品进行研究，现在我们可以培养自己的研究队伍;二是此次采样区经过大量研究与论证，该区域样品有可能对月球演化的动力学过程有突破性认识;三是对我国后续月球与深空探测具有重要的指导作用。

1978年，美国国家安全事务顾问布热津斯基访华时，曾赠送中方一份阿波罗登月时带回的月球岩石样品，重量仅1克。

当时，欧阳自远下决心用0.5克样品组织各方实验力量进行研究。经过4个月的全面解剖与分析，陆续发表了14篇学术论文。“月亮在一段时间内的整体变化、环境和内部活动历史，我们都知道了。一名美国官员还曾经问过我，什么都没告诉你们，你们怎么全都知道了？”欧阳自远说。

2014年11月，国际小行星命名委员会将一颗由国家天文台发现并获得国际永久编号的第8919号小行星正式命名为“欧阳自远星”，以表彰欧阳自远对中国月球探测事业所做出的杰出贡献。

21世纪的“波斯湾”

自嫦娥工程立项以来，17年里，“嫦娥”六战六捷。每一次任务的成功都充分展示我国探索星球的能力。

同时，月球上特有的矿产资源和能源是对地球上矿产资源的补充和储备，将对人类社会的可持续发展产生深远的影响。

模仿太阳聚变反应原理造一个“太阳”，被科学家们认为是解决人类能源危机最佳方案。核聚变指通过一定条件将两个或数个较轻的原子核（目前主要用氢的同位素氘或氚），融合成一个较重的原子核，聚合过程中会损失部分质量，转化释放出巨大能量。

月壤中含有大量通过太阳风吹来的氦-3，它是安全、清洁又高效的核聚变发电燃料，可以为核聚变发电提供便宜、无毒和无放射性的能源，被科学界称作“完美能源”。

据欧阳自远估算，全世界一年的总发电量只需消耗约100吨氦-3，而月壤中的氦-3含量可满足长达万年的地球能源需求。“曾经有位俄罗斯的首席科学家和我说，假如中国用氦-3这种能源，全国一年大约只要8吨就够了。”

目前，据估计月壤中有100万吨氦-3，可满足地球1万年的发电需求。因此，月球也被称为21世纪的“波斯湾”。

针对月壤中氦-3资源的研究，正在依托嫦娥五号带回的月壤样品展开。

7月16日，中核集团在核工业地质研究院启用月球样品。科研人员将开展月壤成熟度、矿物组成、氦-3丰度及提取参数等实验研究，为未来月球氦-3资源潜力评价与开发利用提供基础数据。

核地研院月球样品使用责任人黄志新研究员认为，此次通过研究，有望查明制约氦-3等聚变元素核素吸附能力的月壤成熟度等关键问题，初步阐明嫦娥五号月壤样品中氦-3的富集特征及机制;厘定嫦娥五号月壤样品中氦-3的逸出特性和最佳提取温度;查明月壤样品的主、微量元素含量特征及对氦-3含量的制约等。

此外，月球没有大气和天气变化等，太阳光可直接照射在其表面，这也更加利于太阳能的高效利用。

欧阳自远提到，日本科学家曾做出设想：在围绕月球1.1万公里长的赤道建一条400公里宽的太阳能发电带，它将能产生13万亿千瓦太阳能，并且连续不断。电能转化为微波束和激光束传回地球并重新转换为电能。

人类深空探测转运站——月球基地

月球是一个巨大的绕地轨道“空间站”，一个地球引力之外的天然卫星，在人类向宇宙开拓时，可利用月球的原材料为星际探索提供助力。

“现在大家都知道，月球是人们去火星最好的转运站。”欧阳自远解释说，在地球发射火箭需要抵抗地球引力，而月球的引力仅为地球的六分之一，如果发射同样的火箭，在地球上需要搭载6吨燃料，在月亮上仅用一吨。如果从月球出发探测火星等地，把月球当作转运站，更加省时省力。

由嫦娥五号探测器采集的月球样品（月壤）

欧阳自远指出，世界上任何一个国家在深空探测时，都会选择先探测月球再探测火星。相较于月球，地球到达火星路途更加遥远，火星气象变化更大，探测难度更艰难，需要更高的技术。“比如从地球到火星距离更远，万一气象有变化会给任务带来更大难度。另外，传送数据和指挥信息也会有更长时间的延迟，这些都比探月困难”。

此外，欧阳自远表示，探月工程还可以实时监测地球信息，包括大气全球变化等，嫦娥三号、嫦娥四号均进行过相关工作。

据国家航天局消息，“十四五”时期，我国将发射嫦娥六号、嫦娥七号探测器，实施月球极区环境与资源勘查、月球极区采样返回等任务。

对此，中国探月工程三期总设计师胡浩曾公开表示，嫦娥六号任务拟瞄准2024年前后实施，目前正论证以月球背面南极—艾特肯盆地为着陆点开展采样返回和探测。2030年前后中俄计划合建国际月球科考站。

随着空间技术的进步和深空探测的深入，探月工程也在促进相关产业发展。

1961年至1972年，美国组织实施了一系列载人登月飞行任务“阿波罗”计划，目的是实现载人登月飞行和人对月球的实地考察，为载人行星飞行和探测进行技术准备。

大胆浪漫的计划却带来出人意料的经济效益。

欧阳自远曾表示：“‘阿波罗工程投资254亿美元，计划2万家企业、200多所大学、80多个科研机构参与，总人数超过40万人，是当时规模最大、耗资最多的科技项目之一。”

该工程导致上世纪60至70年代产生了液体燃料火箭、微波雷达、无线电制导、合成材料、计算机等一大批高科技工业群体。

随后，该设计中的技术进步成果向民用转移，带动了整个科技的发展与工业繁荣，其二次开发应用的效益，远远超过“阿波罗”计划本身所带来的直接经济与社会效益。据美国Chase研究会测算，该计划的投入产出比达到了1∶14。

除了探寻月球的奥秘，欧阳自远还提到了“嫦娥”的“兼职工作”。

“嫦娥二号当时带足了燃料。在完成计划任务后，燃料还剩很多。我们当时想，那就让它干点别的活儿。”

2011年6月9日，嫦娥二号正式飞离月球，前往日地拉格朗日L2点，开启中国深空探测的新征程。“嫦娥二号就一直保持面向太阳，监测太阳的活动，这也是我们从来没有过的研究。现在嫦娥二号仍在环绕太阳飞行，2029年，它还要回到地球附近。我们期待它一路平安。” 歐阳自远说。

（本文刊发于《中国经济周刊》2021年第15期）