香港理工大学获“嫦娥五号”月壤样本，将在月壤中“找水”
7月3日，记者从香港理工大学（以下简称“港理大”）记者会上获悉，科研团队研制“表取采样执行装置”，为国家完成史上首次在月球背面表上采样，助嫦娥六号探月工程任务取得圆满成功。近日，港理大的科研团队也通过国家航天局审批，成功获得由嫦娥五号采集的月球土壤样品。
港理大获得由嫦娥五号采集的月球土壤样品
港理大的科研团队将进行“月壤中找水”，研究月壤中的熔结碎屑微观结构、熔结碎屑中的水含量及来源，将为未来研究月球及其他无大气天体表面土壤的形成，及太阳风注入产生的水资源分析提供重要参考，也为月球水资源的勘查和利用做准备，包括为月球科研站的科研人员寻找水源。
月壤“找水”可为建月球基地做准备
这次港理大获得由嫦娥五号采集的月球土壤样品共两份，包括一份400毫克的表面铲取样品，以及一份42.6毫克的深层钻取样品。其中，月壤表面铲取样品由港理大团队的“表取采样执行装置”采集而成。
嫦娥五号月壤深入分析研究计划，由多次参与国家深空探测任务的港理大精密工程讲座教授、工业及系统工程学系副系主任、深空探测研究中心主任容启亮，以及港理大土地测量及地理资讯学系副系主任、深空探测研究中心副主任吴波率领。
“月壤中有多少水、这些水是怎么来的？”吴波告诉记者，月壤通过科学仪器放大之后，颗粒中能看到非常明显的泡或者是气泡，中间就有可能存在水。他表示，月球表面的水主要以水分子或者羟基的形式存在，经太阳风“注入”后主要位于各种矿物和玻璃表面。
吴波
但是经长期太阳风的风化作用，这种表面的水可能转移到熔结碎屑内部中。熔结碎屑是月壤的重要组成成分，在成熟月壤中含量可能达到65%。它主要是由太阳风的长期风化以及微陨石撞击形成的、包裹着矿物碎屑的物质，结构是多孔多泡。
港理大研究团队的“月壤中找水”研究，主要研究月壤中的熔结碎屑微观结构、熔结碎屑中的水含量及来源，以填补相关科研领域的空白。该研究将为未来研究月球及其他无大气天体表面土壤的形成，及太阳风注入产生的水资源分析提供重要参考。
“水是非常要重要的资源，未来嫦娥七号、嫦娥八号将在月球上构建月球科研站的基本型。科研站的建立就需要解决水资源的问题，确保航天员能够在月球长时间生活。”吴波表示，这也是他们选择“水”作为研究题目其中一个原因，“为未来月球水资源的勘查和利用来做准备”。
另一方面，吴波认为月壤中的“水”还可以作为燃料来源，让人类借助月球作为基地发射火箭。“因为月球的重力是地球的1/6，在月球发射火箭航天器将会飞得更远，有望冲出太阳系。”吴波说。
顶尖设备可同时进行12种分析
为了进行月壤的研究，港理大也投入了大量的资源，在前不久刚刚建立了深空探测研究中心的太空资源实验室。嫦娥五号的月壤样品抵达港理大之后，便被送往这个太空资源实验室的月壤储存及分析系统中。
“实验室拥有1000级别的洁净室，在整个香港乃至整个粤港澳大湾区，都是非常高级别的。洁净室内再设置手套箱，里面充有99.99%的高纯度氮气，可以避免月壤直接暴露在空气中。”吴波说，这样的高纯度氮气保护装置可长期和妥善地储存，研究人员无需离开储存环境，便能展用月壤深入分析研究计划。
据吴波介绍，太空资源实验室拥有的一体式多功能原位分析设备，也是目前世界上非常顶尖的地外样品分析设备。这套分析设备拥有9支不同的分析仪器，比如电子扫描显微镜、离子枪、x光、质谱仪、能谱仪等等。
不同于分析设备每次分析都要制样，港理大的这套设备能在一次制样后，便对同个样品进行12种不同的分析，包括矿物成分、同位素等，减少样品在制备、传输过程中产生的可能损耗。
月壤储存及分析系统
月壤样品具极大的科学价值，港理大跨学科团队有多次参与航天实战任务的经验，研究领域涵盖月球地质研究、着陆区地形地貌分析、太空载荷研制、月壤样品研究等。
未来，航天任务以太空资源的科研目标为主，港理大的太空资源实验室也能研究火星、小行星等采样返回的样品。据介绍，港理大正计划申请嫦娥六号月背的月壤样品，为人类认识月球和太空，为国家实现在火星取样返回、中国人登陆月球贡献力量。
“嫦娥六号采样的时候，我们也发现月球背面的月壤比正面的要更加蓬松。两者之间有什么区别，还有待进一步研究。”吴波告诉记者，通过对月球正面和背面月壤的比较分析，研究它们结构的区别，例如元素、矿物、水含量有什么不同，将有助于全面认识月球的演化过程。
软件升级让嫦娥六号采样耗时更少
据港理大校董会主席林大辉介绍，自2010年起，港理大就已开始参与国家太空探索计划，与中国空间技术研究院的专家携手研制太空仪器，先后协助嫦娥三号、嫦娥四号、嫦娥五号探月任务和天问一号火星探测任务取得成功。
“2020年港理大为嫦娥五号研制‘表取采样执行装置’，将有史以来最年轻的月壤样品带返地球。”容启亮表示，现在月壤样品就储存在港理大的校园内，对团队别具意义。
容启亮向记者介绍“表取采样执行装置”
早前，容启亮带领的港理大科研团队与中国空间技术研究院合作研制的“表取采样执行装置”，随嫦娥六号成功于月球背面软着陆，并完成了全自动的表土采样及封装任务。
据容启亮介绍，相较嫦娥五号任务，嫦娥六号要在月球背面采样，就不得不面对地、月自转速度影响，以及不能直接观测月背及直接通信的局限，因此探测和登陆的难度及挑战比月球正面采样更大。
“表取采样执行装置”
为此，港理大团队在过往航天项目累积的经验之上，为嫦娥六号的装置进行多项改进，包括采用了智能快速的创新采样技术。
太空资源实验室
“虽然跟嫦娥五号相比，这次我们参与的嫦娥六号相关装置，在机械设计上差别不算太多，但我们通过在软件上进行升级，以及建议了一些新的采集方法，让采样时间得以缩短。”容启亮说，这次的升级具体体现在控制算法和采样策略重新设计和优化，提高了采样智能化、自动化程度，大幅提高工作效率。
嫦娥六号表取采样时，容启亮也远程观察着。“我们看到嫦娥六号每铲的采样量有了明显的提升，但样本罐容量是有限的。我们当时也计算了一下，然后就赶紧提醒‘挖到第8铲就可以停了’，结果采集的量比嫦娥五号那时候十多铲还多。”容启亮笑着说。
正因如此，嫦娥五号的表取采样耗时约16个小时，而嫦娥六号的表取采样时间再压缩数小时。
【采写】南方+记者 陈彧 GDToday记者 陈晨
【视频文案/图片】GDToday记者 陈晨
【拍摄/剪辑】GDToday记者 许晓鑫
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