中国准备向月球南极发射“嫦娥七号”(Chang’e-7)任务,试图直接测量无法接触阳光的陨石坑内是否存在冻结水和挥发性物质。根据空域关闭通知,长征五号火箭计划从海南岛文昌航天发射场发射该任务,发射窗口预计于东部时间8月23日晚上8:00左右开启,即世界协调时间8月24日00:00左右。
火箭于8月19日被转运至发射台,而航天器于4月空运抵达文昌,执行任务、编号为Y14的火箭则于7月通过海运抵达。根据中国载人航天工程办公室8月19日发布的声明,最后准备工作包括功能检查、联合测试和燃料加注。
前往艰难区域的多航天器任务
长征五号将把“嫦娥七号”组合体送入月球方向的轨道。组合体由轨道器、着陆器、月球车和一台能够在月面上方进行短途飞行的飞跃器组成。预计航天器将在发射约五天后进入初始月球轨道,随后轨道器将开始拍摄月球南极附近潜在着陆点的图像。
中国方面尚未确定着陆时间,着陆可能会在进入月球轨道数月后进行。预计选址工作将重点考虑“沙克尔顿峰”区域,该区域与巨大的沙克尔顿陨石坑有关,同时还要考虑地表地形、着陆区的平坦程度及其相对高度,以获得更长的太阳照射时段,并接近可能含有挥发性物质的永久阴影区域。
月球南部环境使精确着陆成为一项巨大挑战,因为那里的太阳在地平线以上的高度不超过几度,甚至很小的地形特征也能投下延伸数十米的阴影。根据2023年发表的一篇技术论文,适合着陆且光照充足的区域宽度可能不超过100米,而航天器的目标着陆区误差范围则小于100米。
在黑暗陨石坑中钻取并分析样本
飞跃器将通过一系列飞行进入永久阴影陨石坑,随后利用支腿移离着陆点和潜在污染源。该航天器搭载月壤水分子分析仪(LUWA),使用激光光谱仪从30至80厘米的距离探测表面,以寻找霜冻和水可能存在的迹象。
随后,它将使用钻头提取一份来自约1米深处的样本,因为人们认为地下可能存在“脏冰”。样本重量不超过1克,将被放入密封加热室中,首先保持在低于零下20摄氏度的温度,然后加热到超过200摄氏度,以释放水和挥发性物质。质谱仪和激光光谱仪将测量水的含量及其氢同位素特征,这或许有助于确定冰的来源是太阳风、彗星还是小行星。
这项任务为何重要?
此前关于月球南极水和挥发性物质的测量,仍主要依赖遥感,缺乏在现场进行的直接测量或样本。因此,“嫦娥七号”不仅可能说明水是否存在,还可能揭示其含量、分布和可获取程度,而这些信息与未来载人探测的潜力直接相关。
轨道器、着陆器和月球车,以及中继卫星“鹊桥二号”(Queqiao-2),将搭载包括地震仪、全景和地形成像相机、磁力计、光谱仪以及月壤穿透雷达在内的设备。曼彻斯特大学月球与行星科学教授Katherine Joy认为,如果任务成功降落在沙克尔顿陨石坑附近,其多种组成部分可能带来巨大的科学收益。
任务结果将与预计在该区域开展的其他任务数据进行比较,其中包括美国国家航空航天局的VIPER月球车。该月球车计划搭载Blue Origin的Blue Moon航天器发射,目标着陆时间不早于2027年;此外还有欧洲航天局的PROSPECT钻探设备,但其搭载任务尚未确定。
“嫦娥七号”是中国自2007年开始的一系列任务中的一步,该系列包括轨道器、着陆器和月球车,以及2020年和2024年的“嫦娥五号”和“嫦娥六号”月球采样返回任务。中国计划在2029年前后发射“嫦娥八号”,以测试月球资源原位利用技术;同时计划在2030年前让首批中国航天员登上月球,沿着为国际月球科研站铺路的路线推进。