嫦娥五号背后的五大黑科技，让电影畅想变为现实

12 月 17 日凌晨，嫦娥五号带着一份「月球土壤外卖」，用半弹道跳跃的方式再入返回，在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。

历经 23 天，嫦娥五号闯过地月转移、近月制动、环月飞行、月面着陆、自动采样、月面起飞、月轨交会对接、再入返回等多个难关，成功携带月球样品返回地球，完成了一次意义非凡的太空之旅。

整个探月项目中，藏着不少「黑科技」，一些我们之前在科幻电影中看到的技术，已变成了现实，起到了非常重要的作用。

120 秒回顾嫦娥五号之旅

指哪挖哪的「神臂」

图片左上方白色的就是机械臂

挖掘机技术哪家强？毫无疑问是嫦娥五号，整个探月项目，核心就是顺利取样月球土壤。

和在地球上挖掘土壤不同，在月球上挖掘土壤是一个前所未有的挑战。

机械臂要够轻，探月工程可以说是「斤斤计较」，尽可能减轻每克重量，机械臂不可能做得和地球上的挖掘机一样。但是机械臂的强度又要足够，要不然遇到「硬石头」就难以完成挖掘目标。

还有一点是必须考虑到的，月球被太阳直射的一面温度最高达 130℃，还有比地球上大得多的辐射。

最后设计出来的挖掘臂造型极其特殊， 一头是一个小铲子，一头是浅表钻，可以 360 度无死角可视化操作，能轻松完成铲挖、浅钻、拾取等动作。

这条雪白的机械臂各个关节的力量来自于安装在关节处的的电机，电机有 2 种，重的不到 1 斤，轻的不到半斤，个头不大力气不小，而且灵活机动，精度可以达到 1 度以内。

为了保证任务完成，研制团队在一个电机壳体中塞了 2 台电机，提供双重保障，避免电机突然故障。

关节臂里的电机，耐高温，抗辐射

太空级的打包和拆封系统

地球大气中不仅有气体成分，还漂浮着各种固体颗粒，为了避免采集的月球土壤样本被地球环境「污染」，航天科技集团五院 510 所给嫦娥五号研制了专用打包装置 —— 密封封装子系统。它能自动承接、封装月球样品，并妥善密封保存。

挖掘月球土壤时，密封封装子系统先解除盖体锁定，让盖体竖直抬升、转动一定角度，将容器口完全敞开，待所有样品装入容器后，盖体原路返回，通过火工组件锁紧并进行高真空密封。

等嫦娥五号返回地面后，再由解封分装操作台在高纯氮气环境下对月球样品进行收集、登记、描述等处理，最大限度保证样品少受地球外部环境影响。

为保证样本安全，还专门设计了着陆器无损探伤测量仪

在不少电影中，外星生物、病毒和细菌绕过了不严密的系统，对人类造成毁灭性打击，虽说艺术创作有夸张的地方，但太空事物不可随意进入地球生态系统是人类的共识。

说太空打包和拆封系统是人类最后一道安全关卡不为过，未来在太空旅行中它可能会变得相当重要。

月球上鲜艳的五星红旗

在月球上，除了挖掘土壤，另外一件事备受大众关注，那就是如何让五星红旗「飘扬」在月球上。

月球表面没有大气层，昼夜温差极大。月表平均温度为白昼 107℃，最高达到 130℃；夜晚平均温度为 -153℃，最低达到 -180℃。

想让五星红旗「飘扬」在月球上真不是一件简单的事。大多数常见的布料过不了温度关，要么在高温中皱缩或熔融，要么在低温中变得脆弱不堪。

最后选来选取，选中了凯夫拉纤维，它的物理性能强，化学性能也是非常的优秀，对温度变化不敏感，也具有很好的抗光照和辐射能力。

凯夫拉材质广泛用于较高强度的防护，例如手机壳、防弹衣等. 图片来自：Mason Supply（Unsplash）

如果用凯夫拉纤维作为五星红旗的材料，又有一个难题摆在面前，颜色。

一般的染料被强光照射后，会发生不同程度的褪色现象，月球上的光照更强，燃料的褪色现象会更加明显， 有人推测美国插在月球上的那面旗现在早已变成白色。

阳光照射对颜色的影响. 图片来自：二氧化硅（知乎）

为了解决这个问题，探月工程运用了一项非常核心的技术（国家科技发明二等奖）「优质天然高分子材料的超细粉体化及其高附加值的再利用技术」，制备了微纳米蚕丝 1 微米的粉体，利用它和颜料粒子的协同作用，牢牢的把颜料固着吸附在红旗上，这才有了我们看到的月球上鲜艳的五星红旗。

嫦娥五号上的五星红旗. 图片来自：视界网

五星红旗「展开」动画示意图

据悉，五星红旗会和嫦娥五号着陆器永久留在月球上，这面抗褪色耐高温的五星红旗的战略意义不言自明。

太空漂移，一弹一刹安全着陆

返回器安全着陆

挖完月球土壤，展示了五星红旗，接下来就是探月工程最重要的一步，安全返回地球，可是如果返回器返回地球时「车速过快」，可能导致月球样本彻底报废。

据推算，返回器从 38 万公里外的月球一路狂奔接近地球时，速度会逼近第二宇宙速度，达 11.2 千米/秒，这个速度远远高于普通返回式卫星返回地球的第一宇宙速度（7.9千米/秒）级别。

速度过快的结果只有一个：返回器和大气摩擦生热，热到极致，返回器被彻底焚烧，整个探月项目等于白忙活一场。

解决方案是「打水漂」，返回器用了一个特别的「姿势」回到地球，先在大气层边缘滑跃，多次减速，利用大气把自己弹起来，减缓下坠的速度，最后安全着陆。

这个方案的难点就在于对精度的要求非常高，跳得过高会偏离预定的角落区域，跳不起来可能直接坠入大气被烧毁。

迎接返回器回家，人工外骨骼上场

嫦娥五号降落点位于内蒙古四子王旗阿木古郎大草原，12 月的阿木古郎大草原夜间气候恶劣，气温低至零下 25 度，风力最大达 5 级，接应嫦娥回家的队伍需要在茫茫草原中用最短时间达到降落的地方，在返回器搜索任务中，空中分队要把携带的卫通设备第一时间展开，以最快速度与北京中心建立通信链路。

这就对接应的队伍有非常大的考验，要克服自然环境的影响，尽可能提高效率，同时携带更多装备。

这次任务应用了人工外骨骼，「先遣队」每人携带的装备重量提升到原来的两倍多。

穿戴了人工外骨骼，单人负重可超过百斤

穿戴人工外骨骼的队员表示：「平时我们不穿这个，（在草原上）走上二三十米就已经累得不行了，现在穿这个走个 100 多米还是没有问题的……（手上抱的箱子）有个 100 来斤吧。

人工外骨骼在我国的运用已有一点时间，据央视报道，西藏边防的军人已装备了人工外骨骼。同时，人工外骨骼也在民用领域有着巨大的应用前景，特别是在重工业、救援人员和清理自然灾害、医疗康复等方面。

爱范儿曾介绍过人工外骨骼，这里有深入解读。

太空探索有何现实意义？

有一种反对太空探索的声音从未停止，它认为太空探索成本过高，还不如把宝贵的资源拿来改善生活环境。

今天我们不探讨有何重大意义和深远影响，只从现实角度来讲，太空探索带来的不少「副产品」切实地造福着人类社会。

就拿我们欲罢不能的智能手机来说，太空探索促进了电子元器件的小型化，间接推动了各种小型便携电子产品的出现。

现在飞入寻常百姓家的婴儿纸尿裤，最早是为了解决宇航员「拉和撒」问题发明的，方便面里的蔬菜用到的脱水技术，也是为了太空事业而研发的。还有马斯克的星链计划，也一定程度上能缓解偏远地区上网难的问题。

如果人类放着太空这个巨大的宝库不去探索，那才真的可惜了，我们唯一要做的，就是多一点耐心。