2022年11月8日
第14届珠海航展如期而至
歼-20、运-20、c919等
各式大型飞行器惊艳亮相
其质量往往达到数十吨、甚至上百吨
(珠海航展航拍，摄影师@盘家灿)
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与此同时
正在现场展出的
还有一件“不起眼”的展品
它的质量仅仅只有49毫克
但价值却完全无法估量
因为它是
由我们的嫦娥五号飞越76万公里
从月亮带回的一件“快递”
它就是
月壤
(珠海航展国家航天局展区正在展出的月壤样品，摄影师@盘家灿，标注@刘志鹏/星球研究所)
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就在2年前
历经23天的远征
嫦娥五号载着1731克月球样品
重返地球
是的
1731克
相当于10个苹果的重量
但迄今为止再没有什么比这
更艰难、更复杂、更光辉的
“快递”使命了
(长征五号火箭搭载嫦娥五号探测器发射升空，形成一道光束直冲云霄，摄影师@郭煜坤)
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要知道40年前
美国曾向我们赠送月球样品
其重量仅为1克
中国科学家需要研究样品
却只能分得其中的0.5克
今天
1731克样品
已经陆续分配给
国内67家科研机构进行科学研究
帮助中国科学家打开全新的星际探索旅程
(国家博物馆展出的月球样品001号，样品重量为100克，摄影师@张本志)
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而在这背后
实则是一场穿越星际的
伟大接力
01
跨越76万公里的接力
2020年12月17日
内蒙古四子王旗
荒无人烟的戈壁上
只有料峭的寒风久久回荡
直到一声巨响划破夜空
一个钟状的金属容器
搭乘着巨大的降落伞
回到地表
它浑身黢黑、伤痕累累
仿佛一名出征归来的英雄
被迅速赶来的人们热情包围
(嫦娥五号返回器返回现场)
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为了避免“着凉”
人们甚至还为它贴了
满满一身暖宝宝
(最高端的设备，往往只需要最朴素的保暖方式。当时内蒙古夜间温度达到零下三十度，工作人员担心返回器内剩余推进剂冻住后不好排出，便为它贴满暖宝宝用于暂时保暖，摄影师@李淑姮)
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它成功带回了中国人自行获取的
1731克月壤
但和它一同出征的“战友们”
却再也没有机会回到地球家乡
(2020年12月17日，嫦娥五号返回器空运场景，摄影师@崔建平)
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其中就包括
负责月表采样的着陆器
完成样品交接的上升器
负责往返运输的轨道器
它们和护送月壤回到地表的返回器
一起组成了嫦娥五号
共同接力完成了在地、月之间
往返飞越76万公里的距离
(嫦娥五号结构示意，制图@李炎&王申雯/星球研究所)
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作为当前中国结构最复杂
体型最大的月球探测器
它高7.2米、重8.2吨
相当于近7辆小轿车的重量
而想要把这样一个庞然大物送入轨道
必须使用中国最强大的火箭
于是
2020年11月24日凌晨4时30分
长征五号运载火箭
在巨大的轰鸣中腾空而起
一场太空接力正式开启
(长征五号运载火箭拖着明亮的尾焰划破夜空，摄影师@陈肖&肖海林)
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36分钟后
在距离地表300公里的高空
“长五”和“嫦五”就此挥别
(嫦娥五号与长征五号分离示意，视频来源@纪录片《我们的征途》)
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而嫦娥五号将继续它的旅途
经过5天昼夜不停的飞行
长途跋涉38万公里
最终抵达月球上空
成为一颗绕月飞行的卫星
随后
这支远征队兵分两路
其中一路是
月表采样队
由着陆器和上升器组成
它们在2次减速降轨后
下降到距离月表15公里的上空
紧接着
29台发动机
有序启动、调整姿态、减速下降
7台着陆敏感器
实时拍摄、计算分析、避开障碍
能否成功着陆
胜败在此一举
(嫦娥五号着陆过程场景示意，制图@李炎&王申雯/星球研究所)
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终于
14分钟后
着陆器成功落月!
尽管此时
它的周围一片沉寂
但38万公里外的地球上
人们早已欢呼雀跃、激动不已
(嫦娥五号返回器成功降落内蒙古四子王旗时，指挥大厅内众人鼓掌的画面，非嫦娥五号着陆月球时画面，此处仅作示意，摄影师@张高翔)
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然而
着陆器的使命并未结束
经过短暂的检测和休整后
它便立刻挥舞着钻头和铲子
双管齐下
先用钻头深入月面之下钻取深层样品
再用铲子在月面之上铲取表面样品
经过19个小时的取样
珍贵的月壤便被尽数封装于样品容器中
(嫦娥五号着陆器采样示意，制图@李炎&王申雯/星球研究所)
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而在这之后
它将把任务交给下一位队员
上升器
自己则永远留在了月表之上
继续进行科学探测
这枚上升器
将带着月球样品离开月表
但此刻它却并未立即起飞
而是在静静等待
直到十多个小时后
由轨道器和返回器组成的
太空运输队
经过它的上方
上升器立即点火、一飞冲天
(嫦娥五号上升器月面起飞示意，制图@王申雯&李炎/星球研究所)
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它们一大一小、一前一后、一追一赶
距离也从50公里变成100米
50米
10米
5米
0.5米
就在彼此靠近的一刻
后方的“太空运输队”
张开“手臂”牢牢抓住上升器
并将样品揽入自己的“怀抱”
(嫦娥五号交会对接示意，素材来源@国家航天局，标注@王申雯/星球研究所)
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随后
这支太空运输队
将带着月壤再次飞越38万公里
回到地球家园
而完成使命的上升器
则将目送它们的背影
坠毁月球、销声匿迹
但它们来不及悲伤
5天后
太空运输队来到
距离地表5000公里的高空
轨道器的使命也随之结束
整个任务的最后一棒
将交由返回器独自完成
(嫦娥五号轨道器与返回器分离示意，视频来源@纪录片《飞向月球》第二季)
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可是
当返回器到达
距地表120公里的大气层边缘时
飞行速度高达10.6km/s
如果直接一头扎进大气层
将产生超过2000℃的高温
极易损坏结构、功亏一篑
因此
在科学家的设计下
这枚返回器
通过一种“打水漂”的方式
两次进入大气层
从而将速度降低到可控范围
(嫦娥五号返回器再入返回示意，制图@王申雯&李炎/星球研究所)
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最后
文章开头的一幕上演
历时23天、飞越76万公里
这支月球远征队
在全世界面前上演了一场
中国航天史上最精彩的星际接力
(请横屏观看，嫦娥五号11个飞行阶段示意，制图@王申雯&李炎/星球研究所)
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但这次成功并非偶然
因为从更广阔的维度上看
这场星际接力
已经持续了17年之久
02
穿越17年的接力
时间回到2003年
当第一位中国航天员杨利伟
在全国人民的关注下
成功进入太空时
中国的月球探测
仍处在近10年的漫长论证中
尚未迈出第一步
直到2004年
“嫦娥工程”终于问世
(嫦娥五号探测器与长征五号火箭组装现场，画面中央的中国探月标志意为"月亮之上"，以中国书法的笔触勾勒出一轮圆月，一双脚印踏在其上，象征着月球探索工程的终极梦想，摄影师@史啸)
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然而彼时的世界
在经历了一场轰轰烈烈的太空竞赛后
奔向月球的探测器已超过100颗
美国更是早在1969年
便实现了首次载人登月
(人类探月形势汇总，制图@王申雯/星球研究所)
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反观当时的中国
我们没有足够强大的火箭
最远的卫星
距离地表约3.6万公里
仅仅只有地月平均距离的1/10
(长征三号甲运载火箭，当时已多次成功将人造地球卫星送入高度约为3.6万公里的地球同步轨道，被誉为“金牌火箭”，但从未发射过月球探测卫星，图片来源@人民视觉)
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我们没有完善的测控网络
若无法精准控制卫星飞行
便会“失之毫厘，谬以千里”
(远望三号测量船，当时我国建成了以西安卫星测控中心为中枢，以10多个固定站台、活动测控站和远望号测量船为骨干的航天测控网，但主要用于各类地球卫星及载人航天的测控，大部分距地面4.2万公里以下，而月球卫星距地面最远可达44万公里，是地球同步轨道卫星地面距离的10倍以上，图片来源@中国卫星海上测控部)
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我们甚至还没有
专门设计的月球探测器
一切几乎从零起步的中国
要如何才能飞跃地月之间的
38万公里呢?
①
飞!飞越!
没有足够强大的火箭
科学家们便设计了一条
独特的探月轨道
即
先用火箭将卫星送至较低轨道
再找准时机让卫星多次加速
便能像“甩链球”一样
让卫星逃离地球引力
向月球飞去
等到被月球引力捕获后
再利用发动机减速下降
直至到达预定轨道
(嫦娥一号轨道示意，制图@刘志鹏/星球研究所)
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没有完善的测控网络
我们便引入原本用于天文观测的
射电望远镜系统
联合实现38万公里外的月球测控
(北京密云50m口径射电望远镜与流星同框，此望远镜是为了完成绕月探测任务新建，是当时国内口径最大的天线系统，摄影师@孙业林)
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没有专门的月球探测器
我们就在地球卫星东方红三号的基础上
改造出嫦娥一号
让它不仅能在
超低温、高辐射的太空环境中
完成长途飞行
还能利用一众科学探测仪器
对月球进行观测
(嫦娥一号全月球影像图，分辨率为120米，是当时世界上已公布的最为清晰、完整的全月图，摄影师@嫦娥一号，制图@陈志浩&王申雯/星球研究所)
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就这样
经过3年多的筹备
2007年11月5日
嫦娥一号从地球出发12天后
不负众望地成功抵达月球
成为中国第一颗绕月卫星
(2007年10月24日，长征三号甲发射“嫦娥一号”探月卫星，摄影师@崔建平)
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自此
嫦娥时代正式开启
但这还只是第一步
接下来我们还要实现
月表着陆
②
落!降落!
这是世界上精度最高的
全月球影像图
它精细到最小7米的构造
依然清晰可见
(7m与120m分辨率全月球影像图局部对比，摄影师@嫦娥一号&嫦娥二号，制图@王申雯&陈志浩/星球研究所)
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它由746幅月球照片拼接合成
而拍摄这些照片的
就是我们的嫦娥二号
与嫦娥一号的“甩链球”不同
得益于火箭运力的提升
和更加精准的轨道设计
嫦娥二号能如同“掷标枪”一般
从地球直接飞往月球
(嫦娥二号与一号轨道对比示意，制图@刘志鹏/星球研究所)
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但拍摄全月图
却并非它最重要的使命
在抵达月球后
嫦娥二号还将继续刹车减速
直至月表上空15公里的高度
如此接近月球
为的是尽一切可能
将一片名为“虹湾”的地方
尽收眼底
因为这里就是
嫦娥三号预定着陆的区域
(嫦娥三号着陆区域示意，其着陆点位于月球虹湾地区。2015年10月5日，国际天文学联合会(iau)在其网站上公布，批准将嫦娥三号探测器着陆点周边区域命名为“广寒宫”，附近三个撞击坑分别命名为“紫微”、“太微”、“天市”，制图@王申雯/星球研究所)
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探路完成的嫦娥二号
头也不回地飞离月球
但它传回的信息
让真正肩负降落使命的嫦娥三号
顺利踏上了征途
与一号、二号这些“前辈”相比
它已经不再是一颗卫星
而是由着陆器和月球车
组成的登月机器人
(嫦娥三号结构示意，制图@李炎&王申雯/星球研究所)
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它的飞行轨道也更加高效
仅用2次刹车
便可以到达虹湾上空
等待着陆月表
(嫦娥三号与二号轨道对比示意，制图@刘志鹏/星球研究所)
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2013年12月14日20时59分52秒
来自地球的着陆指令一经下达
正在绕月飞行的嫦娥三号
便启动身体下方的发动机
开始减速下降
距离月表3公里
侧翼发动机启动
快速完成姿态调整
距离月表2.4公里
全身的敏感器工作
一边下降、一边判断月表形态
躲避大型障碍物
距离月表100米
发动机反推抵消重力
令探测器悬停16秒
而就在这短暂的16秒里
探测器必须精确检测障碍物
寻找出平坦的着陆点
随后继续减速下降并躲避障碍物
直到距离月表3米
探测器关闭发动机
自由落体
4条可伸缩的着陆腿
稳稳落在月球表面
这一刻
中国成为了
世界上第三个
自主实现月球软着陆的国家
(嫦娥三号着陆月面过程示意，制图@刘志鹏&李炎/星球研究所)
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而除了着陆以外
嫦娥三号还将“玉兔”
“带回”了月球
这是一辆能在月表巡视的月球车
尽管它在前进了100多米后
就因复杂的月面环境影响
无法再继续移动
但它却依然顽强地
在月表上工作了972天
远超预期服役的3个月
(嫦娥三号探测器释放的月球车“玉兔号”，摄影师@嫦娥三号着陆器)
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最终
在2016年7月的最后一个夜晚
超额完成任务的玉兔号
停止了工作
这只“看过最多星星的兔子”
和人类做了最后的道别
随即进入了无尽的沉睡
(“月球车玉兔”的微博永远停在了2016年7月31日，但直到6年后的今天，却仍有很多网友每天在这条微博下留言，底图来源@pockn，制图@王申雯/星球研究所)
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不过
探索的脚步并未停止
第二只兔子即将出发
继续完成未尽的梦想
③
进!前进!
接过使命的
便是玉兔二号
截至2022年7月5日
它已在月球上行进了
1239.88米
更重要的是
它与搭载它的嫦娥四号
不仅弥补了玉兔号的遗憾
还实现了人类历史上
首次月球背面探测
(月球探测器着陆点分布，制图@陈志浩&王申雯/星球研究所)
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为何月背探测如此艰难?
这是因为在“潮汐锁定”的作用下
月球自转和公转周期一致
只有“正面”能朝向地球
这意味着
地球上的人们
永远无法看到月球的“背面”
也无法与背面的探测器进行通信
(潮汐锁定示意，两个天体间的引力相互作用导致天体的旋转速度变慢，一个天体总是同一面朝向另一天体的情况，制图@郑伯容&王申雯/星球研究所)
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为了突破这一难题
中国的科学家们
在地球和月背之间
架起了一座星际桥梁
鹊桥号中继卫星登场
它运行在一个特殊的轨道上
不仅能同时连接月背和地球
所需的能耗也极少
(鹊桥号中继卫星原理示意，制图@刘志鹏&李炎/星球研究所)
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在它的加持下
2019年1月3日
嫦娥四号顺利着陆
将人类的足迹扩展到了
遥远神秘的月球背面
而不到两年后
嫦娥五号的往返成功
标志着中国探月五战五捷
“绕月、落月、返回”
均已完成
一场持续17年的漫长接力
落下帷幕
但这
就是故事的全部了吗?
03
“看不见”的接力
时间回到2017年7月2号
海南文昌的淇水湾海滩上
汇聚了来自天南海北的游客
所有人都在等待
等待着夜幕降临后的一场火箭发射
19时23分23秒
长征五号遥二火箭
成功点火、腾空而起
但仅仅346秒后
火箭却突然偏离航线、失去控制
随后一头坠入太平洋中
星箭俱毁
(2017年7月2日，人群观看长征五号遥二火箭发射，摄影师@陈肖&肖海林)
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首发成功的长征五号
在第二次发射时遭遇失利
这让一路前进的嫦娥工程
也突然按下了暂停键
原本打算在同年11月出征的嫦娥五号
只能等待“胖五”再次准备就绪
而这一等就是三年
(2020年11月24日，嫦娥五号任务发射前的长征五号，由于尺寸硕大，人送外号“胖五”，摄影师@陈肖&肖海林)
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但这就是航天
它从来都是一项系统工程
“嫦娥奔月”也不例外
而在这背后
我们不仅需要一套
运载火箭系统
还需要
组装、测试、发射火箭的
发射场系统
(海南文昌航天发射场中长征五号火箭垂直转运画面，摄影师@宿东)
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研发、制作、调试
探测器平台和科学仪器、设备的
月球探测器系统
时刻测量、控制探测器
并及时处理数据信息的
测控系统和地面应用系统
共计五大系统的轮番接力
(请横屏观看，嫦娥五号测控系统分布，制图@陈志浩&王申雯/星球研究所)
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而在这项系统工程的背后
我们更需要
一代又一代人的接力
回想2004年
嫦娥工程立项之时
64岁的总指挥栾恩杰
69岁的首席科学家欧阳自远
75岁的总设计师孙家栋
共同扛起了
嫦娥一号的使命
(2007年11月5日，嫦娥一号成功绕月后，欧阳自远与孙家栋相拥而泣，旁边两位白发老人分别是栾恩杰和时任探月工程副总设计师龙乐豪，素材来源@纪录片《我们的征途》)
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而那一年
毕业10年的张熇[hè]
刚刚投身嫦娥三号的初期研究
一名叫做周承钰的贵州女孩
还不满10岁
后来
嫦娥四号成功降落在月球背面
作为任务执行总监的张熇
忍不住潸然泪下
这一年她49岁
(2019年1月3日，嫦娥四号成功落月后，74岁的嫦娥一号卫星总设计师兼总指挥叶培建院士(左一)与嫦娥四号探测器项目执行总监张熇(左二)，两代“嫦娥人”的手，紧紧地握在了一起，摄影师@新华社记者金立旺)
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再后来
嫦娥五号成功发射
作为文昌发射场第一位女指挥员
贵州女孩周承钰
不过刚刚24岁
(2020年11月，周承钰参加嫦娥五号发射任务，她年纪虽小，却被同事们亲切地称为“大姐”，摄影师@都鑫鑫)
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而在嫦娥五号归来时
寒夜中等待的还有一位老人
那是已届80岁高龄的栾恩杰
他曾亲自将嫦娥送上征途
时隔13年
他又亲自接嫦娥“回家”
(2020年12月，80岁高龄的中国工程院院士、探月工程总指挥栾恩杰坚持前往内蒙古四子王旗接嫦娥五号回家，摄影师@万珂)
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今天
当我们仰望月亮
也许并无法看见
嫦娥一号撞月的残骸
玉兔一号最后的足迹
也无法看到
玉兔二号仍在工作的身影
(2022年11月8日，人们在上海临港欣赏月全食，图中为月全食的初亏阶段，摄影师@李俊杰)
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但我们知道
正是这场伟大的接力
让我们仰望了千年的月亮上
从此有了广寒宫
从此有了嫦娥石
也让我们千百年来的疑问
从此有了回答
(北京万春亭与月食同框，摄影师@张乔，标注@王申雯/星球研究所)
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而未来
这场接力仍将继续下去
我们的嫦娥六号、七号、八号……
将会接过这份使命再次出征
直至实现载人登月
直至建起月球科研站
直至让月球真正成为
人类深空探测甚至星际航行的
第一站
最终
我们将一点一点抵达
抵达月球
抵达火星
抵达小行星
抵达木星
抵达太阳系边际
直至到达更深、更远
无限深、无限远的
宇宙
(嫦娥工程时间线图，制图@刘志鹏/星球研究所)
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